TẠO RA ĐIỆN NĂNG TỪ NƯỚC SÔNG VÀ NƯỚC BIỂN MẶN

Các nhà nghiên cứu ở Đại Học Stanford đã nghiên cứu phát triển một loại pin có thể sạc lại, sử dụng nước ngọt và nước biển để tạo ra điện. Công nghệ Pin này được sự hỗ trợ của công nghệ nano, pin sử dụng sự khác biệt về độ mặn giữa nước ngọt và nước mặn để tạo ra một dòng điện. Một nhà máy phát điện kiểu này có thể được xây dựng ở bất cứ nơi nào có một dòng sông chảy vào đại dương.

(Chú thích hình: Miệng của sông Amazon, nơi lưu vực thoát nước lớn nhất thế giới chảy vào Đại Tây Dương. Một vị trí như thế này, nơi nước ngọt trộn nước biển, là một điểm tốt để tạo ra điện với loại pin mới.)
Loại Pin mới này lợi dụng sự khác biệt về độ mặn giữa nước ngọt và nước biển để sản xuất điện. Bất cứ nơi nào nước ngọt đổ vào biển, ví dụ như cửa sông hoặc gần các cửa sông, đều có thể là các điểm tiềm năng cho một nhà máy phát điện sử dụng pin như vậy, ông Yi Cui, phó giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật, người đứng đầu nhóm nghiên cứu đã cho biết.
Ông Yi Cui nói rằng các yếu tố hạn chế công nghệ này là số lượng nước ngọt có sẵn. "Chúng ta thực sự có một số lượng vô hạn của nước đại dương, tiếc là chúng ta không có một số lượng vô hạn của nước ngọt". Nhóm nghiên cứu tính toán rằng nếu tất cả các con sông trên thế giới được lắp đặt công nghệ sử dụng nước sông và nước biển mặn để tạo ra điện, Lượng pin thu được có thể cung cấp khoảng 2 terawatt điện hàng năm - chiếm khoảng 13% lượng điện năng tiêu thụ hiện nay của thế giới.
Pin chính nó vốn đã có cấu tạo đơn giản, bao gồm hai điện cực (cực dương và cực âm) được đặt nằm trong một chất lỏng có chứa các hạt tích điện, hoặc ion. Chất lỏng này có thành phần là muối ăn thông thường bao gồm các ion Natri và Clo,.
Ban đầu, pin được làm đầy nước ngọt và một dòng điện nhỏ được sử dụng để nạp điện. Sau đó để ráo nước ngọt và thay thế bằng nước biển. Bởi vì nước biển có vị mặn, có chứa các ion nhiều hơn từ 60 đến 100 lần so với nước ngọt, nên làm tăng khả năng tạo ra điện, hoặc điện áp giữa hai điện cực. Điều đó làm cho nó có thể thu thêm rất nhiều điện so với số tiền được sử dụng để sạc pin.
“Điện áp thực sự phụ thuộc vào nồng độ của các ion Natri và Clo mà bạn có", Ông Yi Cui nói. "Nếu bạn cho điện áp thấp trong nước ngọt, sau đó xả điện áp cao trong nước biển, có nghĩa là bạn có được năng lượng. Bạn nhận được nhiều năng lượng hơn chi phí bạn bỏ ra. Nghĩa là chúng ta sẽ có một nhà máy phát điện rẻ hơn. Sau khi xả hoàn tất, để ráo nước biển và thay thế bằng nước ngọt và chu kỳ mới được lặp lại. Điều quan trọng ở đây là bạn cần trao đổi điện giải, chất lỏng trong pin ".

Trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu của Yi Cui đã sử dụng nước biển thu thập từ Thái Bình Dương, ngoài khơi bờ biển California và nước ngọt từ Donner Lake, trong Sierra Nevada. Kết quả đạt được khoảng 74% hiệu quả trong việc chuyển đổi năng lượng tiềm năng trong các pin, nhưng Cui cho rằng thêm những thay đổi đơn giản, pin có thể đạt đến 85% hiệu quả.
Để nâng cao hiệu quả, các điện cực dương của pin được làm từ các thanh nano Mangan dioxide. Điều đó làm tăng diện tích bề mặt cho sự tương tác với các ion natri lên khoảng 100 lần so với các vật liệu khác. Các thanh nano làm cho các ion Natri di chuyển vào và ra khỏi điện cực một cách dễ dàng, giúp tăng tốc quá trình.
Có một số các nhà nghiên cứu khác, cũng đã sử dụng sự tương phản độ mặn giữa nước ngọt và nước biển để sản xuất điện, nhưng quy trình của họ yêu cầu các ion di chuyển qua màng để tạo ra dòng điện. Yi Cui cho biết các màng này rất mong manh dễ hỏng, đây là một hạn chế. Phương pháp này cũng chỉ sử dụng chỉ một loại ion, trong khi pin của nhóm Yi Cui sử dụng cả hai loại ion natri và Clo để tạo ra điện. Nhóm nghiên cứu của Yi Cui cũng đã nghĩ đến việc tác động môi trường pin khi họ thiết kế nó. Họ đã chọn dioxide mangan cho một phần điện cực dương bởi vì nó là môi trường trung tính.
Nhóm này biết rằng các vùng gần cửa sông và cửa sông, là các địa điểm hợp lý cho các nhà máy phát điện của họ, đây cũng là những khu vực nhạy cảm về môi trường. "Bạn có thể chọn một địa điểm cách xa nhiều dặm, từ bất cứ môi trường sống quan trọng", Yi Cui nói. "Chúng ta không làm xáo trộn toàn bộ hệ thống sinh thái, chúng ta chỉ cần một lượng nước sông thông qua hệ thống của chúng ta trước khi nó đổ vào đại dương. Chúng ta chỉ vay và trả lại, không ảnh hưởng đến chu trình của tự nhiên". Quá trình tự thân nó vốn đã có rất ít tác động đến môi trường. Một trong những mối quan tâm của ông Yi Cui là tìm ra một loại vật liệu tốt cho các điện cực âm. Ông đã sử dụng bạc cho các thí nghiệm, nhưng bạc quá đắt để áp dụng trong thực tế.
Nhóm của ông đã làm một ước tính cho các vùng và các nước khác nhau và xác định Nam Mỹ, với sông Amazon chảy qua phần lớn lục địa có tiềm năng nhất. Châu Phi cũng có một mạng lưới sông rất phong phú, Canada, Hoa Kỳ và Ấn Độ cũng vậy. Tuy nhiên, nước sông không nhất thiết phải là nguồn nước ngọt, Ông Yi Cui cho biết. "Nước sử dụng cho phương pháp này không cần phải cực kỳ sạch sẽ,". Nước màu xám có khả năng có thể sử dụng được.
Theo tính toán của nhóm nghiên cứu, một nhà máy phát điện hoạt động với 50 mét khối nước ngọt mỗi giây có thể sản xuất lên đến 100 MW điện, đủ để cung cấp điện cho khoảng 100.000 hộ gia đình, thậm chí có thể sử dụng nước thải đã được xử lý để sản xuất điện. "Tôi nghĩ chúng ta cần phải nghiên cứu sử dụng nước thải", ông Yi Cui nói. "Nếu chúng ta có thể sử dụng nước thải, điều này sẽ thực sự tốt về nhiều mặt”.
Kinh phí cho nghiên cứu này do Đại học Khoa học và Công nghệ Vua Abdullah (KAUST) và Bộ Năng lượng Mỹ tài trợ.
TỔNG HỢP
KEYTECH