Mang năng lượng mặt trời đến với mọi người dân

E-mail | Bản in | Lưu xem sau

Nghiên cứu tại đại học Arizona có thể một ngày nào đó mang lại cho chúng ta các loại vật liệu quang điện đủ mỏng, dẻo và rẻ tiền để không chỉ gắn được trên mái nhà mà có thể gắn cả lên cửa sổ, vải bạt và thậm chí trên quần áo.

Tại đại học Arizona vào ngày thứ 6 vừa qua khi ánh sáng mặt trời bao phủ ngập tràn trên khuôn viên trường, đó cũng là lúc nghiên cứu sinh tiến sỹ Dio Placencia ngồi trước phòng chân không ồn ào của tòa nhà khoa Hóa và cố gắng thúc đẩy bước tiến của cuộc cách mạng năng lượng tái tạo.

Là thành viên của nhóm nghiên cứu của giáo sư Neal R. Amstrong, Placencia đã tiến hành nghiên cứu nhằm tạo ra một loại tế bào năng lượng mặt trời hữu cơ mỏng, dẻo mà có thể cung cấp điện cho một lều trại hay hoặc xạc pin cho xe hơi trên đường đi làm và trở về nhà.

Ông rất say mê về lĩnh vực năng lượng tái tạo. Ông nói thật là lãng phí vì quá ít năng lượng mặt trời được sử dụng phục vụ xã hội. “Tôi có một tấm pin nhỏ luôn mang theo khi ra ngoài. Tôi thường gắn nó trên túi đeo và xạc pin điện thoại trên đường đến trường,” Placencia nói.

Mặt trời thì sạch mà lại miễn phí nữa. “Nó có ở đây, sao ta lại không dùng nó nhỉ?” ông nói thêm.

Trung tâm nghiên cứu biên giới năng lượng phát triển Pin năng lượng mặt trời mới. Video: Đại học Arizona

Khắp toàn trường, từ giáo sư, các nhà nghiên cứu , sinh viên đến những người có liên quan đến hoạch định chính sách và phân tích tế đã cùng ngồi lại với nhau để bàn luận về vấn đề này. Trong phần bàn thảo về nguồn ánh sáng mặt trời phong phú, họ đã dần hóa giải các vấn đề rắc rối kiểu như cách tận dụng năng lượng mặt trời ở cấp độ một nhà máy, làm sao dùng nó để xạc cho các sản phẩm mới thiết yếu cho cuộc sống như pin điện thoại, máy MP3 hay laptop, làm gì khi ban đêm và khi những đám mây lấy đi nguồn năng lượng miễn phí này khỏi bầu trời.

Nghiên cứu được tiến hành trong phòng lab bằng các thiết bị mới do ngân quỹ hàng triệu đô của liên bang tài trợ. Đây là sản phẩm của các sinh viên sự nghiệp dài lâu nhằm giải mã những bí ẩn của khoa học. Ngoài ra các sinh viên trường cũng bị cuốn hút hoàn toàn vào ngành công nghiệp non trẻ mà nhiều người đang hi vọng sẽ trở thành cỗ máy kinh tến trong thậ kỷ tiếp theo.

“Nghiên cứu năng lượng thay thế là một lĩnh vực hoàn hảo để nhấn mạnh rằng chúng ta chưa biết bước đột phá kết tiếp sẽ nằm ở đâu,” phó hiệu trưởng phụ trách nghiên cứu, đồ án tốt nghiệp và phát triển kinh tế của đại học Arizona nói. “Ở một nơi nào đó trong phòng lab, có ai đó đang miệt mài tìm ra cách hoàn toàn mới để thu giữ nguồn sáng mặt trời. Thậm chí nếu họ tin đã tìm ra phương thức đó thì bên cạnh họ luôn có các nhà nghiên cứu khoa học cơ bản bổ trợ thông cho tư duy đó.”

Amstrong, giáo sư khoa hóa và khoa học quang tại đại học Arizona thỉnh thoảng có tham gia giảng dạy môn hóa cho sinh viên năm nhất. Ông dự đinh một ngày áp chót học kỳ này sẽ cố gắng làm cho vật liệu này thậm chí hoàn thiện hơn. “Tôi đã nói với chính mình, à, nói với pin điện thoại và ipod. Tôi tự hỏi phải đốt bao nhiêu than đá để xạc no những gã này mỗi ngày nhỉ? Bởi vì nó là một trong những bộ máy vận hành lớn cấp nguồn cho các thiết bị xách tay để lấy hết những thứ này ra khỏi lưới điện.”

Sau khi tính toán rất thận trọng, ông đã đi đến 1 đáp án và ông đã chia sẻ với học trò mình rằng: “Chúng ta phải đốt chừng ¼ pao than cho mỗi lần xạc pin lithium và chúng ta thải ra nửa pao khí CO2 mỗi lần xạc một ngày…”

Tiếp theo ông dự định sẽ tính xem phải tốn bao nhiêu than cho mỗi lần tweet trên trang Twitter.

“Đó của là điều làm chúng ta ớn lạnh,” Amstrong nói. “Các ban đã học toán và nghĩ về số lượng các thiết bị điện tử tiêu dùng mà bạn và tôi bổ sung vào cuộc sống chúng ta mà thập niên vừa qua tôi trung bình xạc pi mỗi tối 1 lần – di động, và laptop. Rồi các bạn hãy nghĩ rằng “chuyện gì xảy ra nếu tôi mua một chiếc ô-tô điện, tôi về nhà mỗi tối và cắm xạc vào ổ điện’. Bạn cũng mua xe và làm tương tự. Có lẽ chúng ta sẽ đánh sập lưới điện ngay tức thì.”

Vào tháng tư vừa qua, cơ quan năng lượng Hoa Kỳ tuyên bố tài trợ cho Trung tâm Interface Science của Amstrong như là 1 trong 46 Trung tâm nghiên cứu lĩnh vực năng lượng mới. Các dự án của các trung tâm này sẽ nhận được từ 2 đến 5 triệu USD mỗi năm trong vòng 5 năm và theo cơ quan này là phải “hướng tới giải quyết những khó khăn cơ bản hiện tại trên đường tiến tới nguồn năng lượng sạch và an ninh năng lượng.”

Khi Amstrong còn là một sinh viên tốt nghiệp thời lệnh cấm vận dầu lửa của Ả-râp đầu tiên, ông đã chứng kiến sự tiếp nối của nhiều lời kêu gọi thảm thiết của chính phủ về vấn đề năng lượng. Một tình huống bức bách như vậy đã đưa ông đến với công trình của 2 tác giả người Đức là Heinz Gerischer và Frank Willig. Hai ông đã chỉ ra cách hấp thụ các phân tử thuốc nhuộm trên bề mặt ô-xit và tách nước với ánh sáng mặt trời.

“Tôi nghĩ chính là nó. Đó là những gì tôi sẽ là để theo đuổi sự nghiệp của mình.”

Ông chuyển tới đại học Arizona năm 1978 vì bị sức hút từ chương trình chuyển đổi năng lượng nhiệt mặt trời. Những năm 80 với khí gas rẻ và dồi dào trở lại. Năng lượng mặt trời lại bị quyên lãng.

Lời kêu gọi tiếp theo bắt đầu cách đây chừng 4 năm. “Cơ quan năng lượng cảm bắt đầu cảm thấy thủy triều lại đổi hướng, thật xúi quẩy,” ông nói. “Và họ bắt đầu quan tâm thực sự vấn đề là cơ quan không biết làm gì và trình bày vấn đề với Quốc hội để có nguồn tài trợ mới và có một lý do hợp lý để giữa thế kỷ 21 chúng ta còn có đường đi trong lĩnh vực này.”

Amstrong nhận ra rằng đã đến lúc quay lại với vấn đề mà ông muốn giải quyết 30 năm trước. “Giờ đây chúng ta thực sự được trang bị đầy đủ,” ông nói. Chúng ta đã biết cách tạo ảnh các phân tử ở cấp độ phân tử, chúng ta biết đo năng lượng của những tấm film mỏng không thể tin nổi, chúng ta biết tạo ra các thiết bị với sự hợp tác của các nhà vật lý, khoa học vật liệu và nhiều ngành nghề khác, chúng ta đã tạo ra những thứ thú vị khác và bỗng dưng tôi nhận ra, tôi có thể mang tất cả chúng lại với nhau ở đây.”

Tại văn phòng của mình, ông trưng bày một mô hình của công trình nghiên cứu: một miếng kính rộng 1 in-sơ vuông trên đó được phủ một lớp film ô-xít thiếc indi mỏng – loại ô-xít truyền dẫn trong suốt thường thấy trong công nghệ hiển thị như màn hình máy tính. Trên cùng là lớp film màu nhuộm hữu cơ mỏng. Lớp cuối cùng là một điện cực nhôm.

Bạn có một cuộn chất dẻo với các tế bào pin gắn trên này,” ông giải thích. “ Bạn có thể mua cuộn chất dẻo này về và trải nó ra. Có 2 sợi giây kết nối với nó và bạn có thể gắn vào pin hay laptop để xạc chúng.”

“Độ dày tổng thể của nó chỉ khoảng 400 nano-mét, tức bằng 1/10 nghìn so với sợi tóc người. Nhưng, hãy chiếu một ánh sáng lên nó là bạn có thể lấy điện từ nó để xài. Giờ đây chúng tôi lại muốn nó dày thêm tý nữa. Chúng ta buộc phải để chúng mỏng như thế để cho toàn bộ điện tích ra khỏi thiết bị. Nhưng nếu bạn nghĩ cấu nó giống như chiếc bánh sandwich thì chúng tôi đã tạo ra một chiếc sandwich mỏng không tin nổi và mỗi lớp tiếp xúc với lớp kia chỉ bằng thành phần hóa học và có xu hướng tới cấp độ phân tử, chúng kết dính với nhau dưới mỗi bề mặt thật tốt. Nếu tôi muốn thay đổi một lớp phân tử, một hợp chất – độ dày 1 nano-mét. Tôi có thể lấy một thiết bị tốt biến thành thiết bị xấu và ngược lại. Đó là một kiểu mức độ kiểm soát mà chúng ta đang cần. Và chúng ta hoàn toàn không hiểu điều đó.”

Nhưng thiết bị sẵn có này – các phương pháp hiển vi quang có thể tạo hình ảnh các đơn phân tử và cho biết đặc tính điện và định hướng không gian – hiện đang giúp nhóm nghiên cứu của ông hiểu được. mục tiêu ông đặt ra là chỉ ra các buộc các phân tử tự sắp xếp – mỗi lần – theo cách sản sinh ra nhiều điện năng. “Chúng phải đứng theo hàng ngũ như quân lính,” ông nói.

“Chúng tôi phải cho bạn một công nghệ mà trông giống như mực, lọai mực xanh dương mà bạn có thể xịt xuống một trong các bề mặt này và các phân tử ở cấp độ nano-mét và chúng đáp lại: ‘Vâng, chúng tôi sẵn sàng xếp theo cách này” và trong khi làm như vậy, khi tôi đeo điện cực trên cùng đó vào và chiếu sáng lên nó, tôi có thể rất, rất nhiều điện từ nó.”

Một quang phổ kế quang điện tử độ chân không cao cho phép các nhà nghiên cứu tạo nên mỗi lớp phân tử, di chuyển nó trong chân không để nghiên cứu rồi tiếp tục với một lớp khác. Các công cụ khác như đầu vi silicon, thiết bị trông giống đầu đọc đĩa hát bé xíu có thể bố trí ở độ lệch +/- 0.01 nano-mét, “trong phạm vi đường kính phân tử,” Amstrong nói. Giới hạn bởi một tia la-ze, phần sau của đầu này cho ra một hình ảnh. Bằng cách cho dòng điện chạy qua đầu mút này, nhóm đã lập được bản đồ về đặc tính điện của nó. Tất cả những công cụ này có thể giúp tạo nên vật mẫu tạo ra được sự sắp xếp các tập hợp phân tử.

Erin đã tham gia nhóm nghiên cứu này với vai trò là nhà hóa điện tử, nghiên cứu sinh sau tiến sỹ với học vị tiến sỹ đến từ đại học bang Iowa. “Chuyên ngành của tôi chẳng liên quan gì đến pin mặt trời cả,” bà nói. “Tôi phải đến và bắt đầu học hỏi mọi thứ mọi thứ tại đây, nơi mà các sinh viên đã được học ngay từ ngày thứ nhất tại trường Arizona.”

(Theo L.H (PhysOrg) // Sở KHCN Đồng Nai )