CSDL Ngành điện

5 đột phá trong công nghệ năng lượng tái tạo

13/10/2025 22:11 Số lượt xem: 12

Các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới đang sáng tạo ra các giải pháp quản lý lề lưới điện, công nghệ thu giữ cacbon, pin hạt nhân, điện cực phủ khô, v.v.

Khi ngành công nghiệp hướng đến tính bền vững cao hơn thông qua việc tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo và giảm chất thải, nghiên cứu học thuật đã dẫn đến nhiều phát triển thực tế. Nghiên cứu gần đây nhất tìm cách tăng cường độ dẻo dai của lưới điện, giảm chất thải vật liệu và nâng cao công nghệ pin.

Sản xuất hơi nước từ nhà máy đốt vòng lặp hóa học (Ảnh st)

1. Khuôn khổ EUREICA của MIT

Khi cân nhắc các điểm yếu của lưới điện do các cuộc tấn công mạng và thiên tai gây ra, các kỹ sư thuộc Viện Công nghệ Massachusetts (MIT, Mỹ) đã phát triển khuôn khổ EUREICA nhằm mục đích nâng cao độ dẻo dai của lưới điện. Hệ thống lề lưới điện phi tập trung này kết hợp các tấm pin mặt trời mái nhà, các bộ sạc xe điện, bộ điều nhiệt thông minh, pin và các thiết bị Internet Vạn vật (IoT) khác.

Hệ thống này sử dụng một thuật toán tiên tiến để phối hợp động các nguồn lực phân tán và giảm thiểu tình trạng thiếu hụt điện năng từ 5% đến 40%, trong khi các thử nghiệm thực địa đã xác thực hiệu quả của hệ thống trong các cuộc tấn công mô phỏng. Thiết kế kiến trúc này tập trung vào trao đổi dữ liệu thời gian thực, xác thực thiết bị an toàn và khả năng tắt máy nhanh.

IoT tích hợp các thiết bị phi tập trung (Ảnh st)

2. Công nghệ đốt cháy vòng lặp hóa học của Hàn Quốc

Để giải quyết thách thức trong việc tách hiệu quả CO₂ khỏi các phát thải đốt khí thông thường, Viện Nghiên cứu Năng lượng Hàn Quốc đã cộng tác với Tổng Công ty Điện lực Hàn Quốc để phát triển một hệ thống đốt cháy vòng lặp hóa học (CLC) cô lập CO₂ trong quá trình phát điện. Hệ thống này sử dụng các hạt mang oxy để cung cấp oxy tinh khiết cho nhiên liệu và cho phép đốt cháy không lửa chỉ tạo ra CO₂ và hơi nước. Kết quả là có thể loại bỏ quá trình tách sau khi đốt và giảm đáng kể lượng phát thải NOₓ.

Theo nhóm nghiên cứu, phương pháp này giúp giảm 30% chi phí thu giữ CO₂, hỗ trợ sản xuất hơi nước để phát điện, thu giữ hơn 150.000 tấn CO₂ mỗi năm và có thể giúp các công ty tăng lợi nhuận 4% mỗi năm. Nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng một nhà máy thí điểm công suất 3MW với hơn 300 giờ hoạt động liên tục có hiệu suất tách CO₂ ấn tượng vượt quá 96%.

3. Pin chạy bằng năng lượng Gamma

Quản lý an toàn chất thải phóng xạ từ các nhà máy điện hạt nhân là một thách thức lớn. Gần đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Ohio (Mỹ) đã phát triển một loại pin mới có thể chuyển đổi bức xạ gamma xung quanh từ chất thải hạt nhân thành điện bằng cách sử dụng các tinh thể phát quang và pin mặt trời.

Nguyên mẫu nhỏ gọn 4cm³ này trích xuất năng lượng từ các đồng vị như ¹³⁷Cs và ⁶⁰Co để tạo ra 288 nanowatt và 1,5 microwatt tương ứng. Một số tối ưu hóa về cấu trúc trong thể tích tinh thể và diện tích bề mặt giúp tăng cường phát xạ ánh sáng và công suất đầu ra, trong khi thiết kế này đảm bảo pin vẫn an toàn khi chạm vào mặc dù có chức năng thu thập bức xạ. Pin được thiết kế để triển khai gần nơi lưu trữ chất thải hạt nhân hoặc các môi trường cực đoan.

Bố trí thử nghiệm pin nguyên tử (Ảnh st)

4. Pin điện cực quy trình khô

Một nhóm nghiên cứu tại UNIST (Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan, Hàn Quốc) đã phát triển một điện cực quy trình khô để giải quyết thách thức trong việc chế tạo các điện cực pin dày hơn mà không bị vón cục trong quá trình bay hơi dung môi. Điện cực từ quy trình khô này dày hơn năm lần so với các mẫu thông thường. Nó thể hiện khối lượng riêng lớp hỗn hợp là 3,65g/cm³ và dung lượng diện tích là 20mAh/cm², tương đương với tăng 14% trong dải EV (xe điện).

Vật liệu dẫn điện hình cầu xốp tích hợp trong thiết kế giúp tăng đáng kể độ dẫn điện mặc dù độ dày tăng cao và tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất quy mô lớn các pin túi loại 1Ah có dung lượng cao.

Thiết kế điện cực dày được xử lý khô (Ảnh st)

5. Ngăn ngừa mất điện ở vùng nông thôn

Các khu vực như các bang Texas, Michigan, California, North Carolina và Ohio (Mỹ) đã trải qua tần suất mất điện liên quan đến thời tiết ngày càng tăng trong 20 năm qua. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Quốc gia Incheon, Hàn Quốc đã phát triển một mô hình tối ưu hóa để tăng cường tính ổn định của lưới điện siêu nhỏ. Phương pháp này hợp lý hóa các mô hình phức tạp theo lịch sử bằng cách cắt giảm chi phí tính toán và nâng cao khả năng thích ứng với nguồn cung và nhu cầu năng lượng biến động. Mô hình đã chứng minh rằng độ tin cậy của lưới điện siêu nhỏ có thể nâng cao trong quá trình sản xuất năng lượng tái tạo không liên tục để hỗ trợ tích hợp năng lượng gió, mặt trời và thủy điện. Đáng chú ý là, bang California đã đạt thành tựu cung cấp điện tái tạo 100% trong kỷ lục 98 ngày vào năm 2024.