Giải pháp sản xuất điện từ băng mặn

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc tận dụng hiệu ứng sản sinh điện hiệu suất cao và bền vững bằng cách sử dụng băng mặn dồi dào trên Trái Đất.

Nhóm nghiên cứu đứng đầu là nhà vật lý Xin Wen từ Đại học Giao thông Tây An ở Tây An, Trung Quốc, phát hiện băng có khả năng sinh điện khi bị uốn cong, hiệu ứng gọi là flexoelectric. Trong nghiên cứu công bố hôm 15/9 trên tạp chí Nature, Wen và đồng nghiệp thử nghiệm với băng mặn và nhận thấy nó tạo ra điện tích mạnh hơn gấp 1.000 lần so với băng thông thường.

Giới nghiên cứu đã biết va chạm giữa các sông băng hoặc nứt vỡ ở thềm băng có thể tạo ra điện do áp lực khổng lồ, nhưng trước đây tính chất flexoelectric của băng vẫn là điều bí ẩn. Trong phòng thí nghiệm, Wen mô phỏng hạt băng nhỏ va chạm với hạt băng lớn hơn trong đám mây giông và kết quả thu được tương tự những gì xảy ra trong tự nhiên, có nghĩa tương tác giữa các hạt này liên quan đến sét trong cơn giông. Tính toán của nhóm nghiên cứu về mật độ điện tích flexoelectric tạo bởi va chạm của băng trong đám mây giông chứng minh hiệu ứng flexoelectric ở băng có thể góp phần hình thành sét.

Dù băng nước tinh khiết có thể tự tạo ra điện, muối giúp tăng cường khả năng này rất nhiều. Khi nhóm nghiên cứu uốn cong tấm băng với nhiều độ mặn khác nhau, những tấm chứa nồng độ muối cao hơn sẽ cung cấp lượng điện cao hơn, đạt đỉnh với băng có 25% muối. Điện tích không chỉ mạnh gấp 1.000 lần so với băng thông thường mà còn mạnh gấp 1.000.000 lần so với chỉ dùng muối.

Băng mặn tạo ra nhiều điện như vậy do dòng phân tử nước, muối và ion bị đẩy từ phía bị nén sang phía bị kéo giãn của tấm băng mặn uốn cong. Vì băng là chất đa tinh thể với cấu trúc bao gồm nhiều loại tinh thể khác nhau, ion có thể di chuyển qua khoảng trống giữa chúng. Tại nơi giao nhau giữa băng và lớp mỏng nước băng tan chảy trên bề mặt, các ion dương và âm bám không đồng đều, dẫn tới dòng phân tử và ion thu được điện tích toàn phần và trở thành dòng điện.

Lượng điện từ hiệu ứng flexoelectric có thể cực lớn nếu con người thu thập năng lượng từ nước. Khoảng 1/10 bề mặt Trái Đất có băng bao phủ, phần lớn là băng mặn. Nước băng tan bên dưới sông băng và thềm băng chứa đầy ion có thể dùng để sản xuất điện, hứa hẹn cung cấp nguồn năng lượng bền vững trong tương lai.

"Hiệu ứng flexoelectric cao của băng mặn giúp viễn cảnh khai thác năng lượng từ băng tiến gần hơn đến hiện thực, cho phép thu thập điện ở khu vực băng phủ trên Trái Đất và những thế giới có đại dương băng bao phủ như mặt trăng Europa của sao Mộc hoặc Enceladus của sao Thổ", nhóm nghiên cứu cho biết.

Hiện tại, nghiên cứu vẫn đang ở giai đoạn đầu và các chuyên gia sẽ cần tìm cách giảm thất thoát năng lượng cũng như cải thiện độ bền của phương pháp để sản xuất điện từ băng mặn trở thành lựa chọn khả thi trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng bền vững.

An Khang (Theo Interesting Engineering, Popular Mechanics), VNEXPRESS