Chuyển hóa năng lượng phế thải thành năng lượng hóa học

(Hóa học ngày nay-H2N2)-Các nhà khoa học tại Đại học Wisconsin – Madison (Mỹ) đã phát triển phương pháp thu hồi những lượng nhỏ năng lượng phế thải và sử dụng chúng để phân ly nước thành oxy và nhiên liệu hydro. Đây là quá trình đơn giản, hiệu quả, cho phép thu hồi và chuyển các nguồn năng lượng thải khác thành dạng có thể sử dụng.

Với công nghệ này, các nguồn năng lượng thải như tiếng ồn hoặc rung động rải rác từ môi trường xung quanh có thể được sử dụng một cách hiệu quả để trực tiếp phân ly nước. Phát hiện này có tiềm năng lớn trong việc giải quyết những thách thức về năng lượng và môi trường mà chúng ta đang phải đối mặt hàng ngày.

Các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy các tinh thể nano của hai tinh thể thông thường là kẽm oxit và bari titanat, sau đó đặt chúng vào nước. Khi tạo xung bằng dao động siêu âm trong nước, các sợi nano này bị uốn cong, do tính bất đối xứng trong cấu trúc tinh thể nên chúng tạo thành các điện tích âm và dương, từ đó tạo ra điện thế. Hiện tượng này được gọi là áp điện và đã được biết đến từ hơn một thế kỷ nay ở một số loại tinh thể. Nó chính là nguồn động lực để chạy những chiếc đồng hồ quarzt và một số thiết bị khác.

Nhiều vật liệu ở dạng khối lớn thì rất giòn, nhưng ở kích cỡ nano chúng lại mềm dẻo, ví dụ điển hình là một tấm kính dễ vỡ so với sợi cáp quang mềm dẻo. Các sợi càng nhỏ thì càng uốn cong dễ hơn, vì vậy chúng cũng tạo ra điện áp dễ hơn. Khi sử dụng các tinh thể nano, các nhà nghiên cứu đã đạt được hiệu suất thu hồi năng lượng rất ấn tượng là 18 %, cao hơn hầu hết tất cả các nguồn năng lượng thí nghiệm khác.

Nhờ khả năng điều chỉnh kích thước các sợi và các tấm nano, ngay cả những lượng tạp âm rất nhỏ – ví dụ những dao động nhỏ hoặc dòng nước chảy – cũng có thể được sử dụng để uốn các sợi và tấm này, từ đó chuyển hóa tạp âm thành năng lượng hóa học hữu ích.

Các nhà khoa học không sử dụng trực tiếp điện năng thu được theo phương pháp trên mà sử dụng nó để điện phân nước với mục đích sản xuất oxy và hydro. Đây là cách tiếp cận mới – chuyển hóa năng lượng cơ học trực tiếp thành năng lượng hóa học của oxy và hydro – vì năng lượng hóa học này bền hơn nhiều so với điện tích. Năng lượng hóa học của hydro nhiên liệu có thể được lưu trữ và không mất dần đi như trường hợp các pin mất dần điện tích theo thời gian.

Phương pháp nói trên có triển vọng được áp dụng để phát những lượng điện nhỏ từ nhiều nguồn chuyển động cơ học nhỏ. Ví dụ, khi đi bộ thì cử động của người sử dụng sẽ được chuyển thành điện năng để nạp điện cho điện thoại di động hoặc máy nghe nhạc, hoặc những cơn gió nhẹ có thể trở thành nguồn cấp năng lượng cho những cây đèn trên đường phố.

Ngày nay, những nguồn thu năng lượng nhờ sử dụng chênh lệch thế năng lớn, ví dụ ở các thác nước hoặc đập thủy điện, đã được tận dụng rộng rãi, khả năng khai thác tiếp tương đối hạn chế. Nhưng còn rất nhiều nguồn năng lượng nhỏ chưa được khai thác và đang bị lãng phí. Nếu con người biết tận dụng có hiệu quả những nguồn năng lượng nhỏ này thì hiệu quả sẽ lớn vô cùng.

HS

Nguồn Chemie.de/Vinachem