Tương lai nhiệt điện?

Một trong những vấn đề bất ổn nhất của thế giới chính là nhu cầu về năng lượng trong tương lai. Điều này cũng làm gia tăng đáng kể các vần đề về xã hội và chính trị. Chúng ta có thể thấy việc trung quốc đặt giàn khoan HD981 trái phép trong vùng đặc quyền kinh tế của Việt Nam là một ví dụ về nhu cầu năng lượng. Tương tự như vậy, các vấn đề về biến đổi môi trường và khí hậu toàn cầu do việc sử dụng các nguyên liệu hóa thạch như than đá và dầu mỏ đã và đang báo động về một thảm họa nóng lên toàn cầu. Vậy chìa khóa để giải quyết các vấn đề này là gì?.

Đó chính là một giải pháp về năng lượng bền vững. Một trong những năng lượng dư thừa nhất mà chúng ta thấy hằng ngày đó là nhiệt độ. Cơ thể chúng ta phát ra nhiệt độ khác với nhiệt độ của môi trường, máy sưởi, ô tô, điều hòa đều tỏa ra nhiệt. Đó là gì? đó chính là năng lượng hao phí khi một cỗ máy, con người, thậm chí là cả một con mèo khi chúng hoạt động. Vì vậy, việc gom nhặt các năng lượng háo phí này để tái sử dụng là một cách giải quyết đáng kể cho nhu cầu năng lượng của loài người trong tương lai.

Có một mô hình máy nhiệt điện rất đơn giản cho vấn đề này. Chúng được mô tả như trong hình dưới. Nguyên lý hoạt động rất đơn giản, đó là dựa trên sự chệnh lệch nhiệt độ sẽ tạo ra một hiệu điện thế. Ví dụ, cơ thể chúng ta luôn có thân nhiệt là khoảng 37°C, và sự chêch lệch của nhiệt độ này với nhiệt độ môi trường là điều kiện để tạo ra một hiệu điện thế. Rất là tuyệt vời vì chính bản thân chúng ta cũng là một cái máy phát điện, chỉ là chúng ta chưa biết khai thác chúng hiệu quả. Các mô hình máy nhiệt điện này chủ yếu dựa trên ba hiệu ứng nhiệt điện chính là hiệu ứng Seebeck, Peltier, và Thomson. Các máy nhiệt điện như vậy không bao gồm các bộ phận chuyển động, chúng không gây tiếng ồn, đáng tin cậy, dễ dàng mở rộng, chúng thực sự lý tưởng đối với ngành công nghiệp năng lượng xanh.

ấ
Mô hình máy nhiệt điện đơn giản dựa trên sự trên lệch nhiệt độ – hiệu ứng Seebeck (Nature 455 778-781, 2008).

Chúng ta sẽ đặt ra câu hỏi? vậy tại sao các máy nhiệt điện lý tưởng như vậy lại không được ứng dụng rộng rãi. Được phát hiện từ thế kỷ 19, tuy nhiên tại thời điểm đó, các nhà khoa học đã không tìm kiếm được vật liệu thích hợp cho mô hình máy nhiệt điện này. Đa số các vật liệu đều có hệ số nhiệt điện khác không, tuy nhiên vẫn là quá nhỏ để có thể sử dụng. Tìm kiếm một vật liệu có chi phí thấp cũng là một vấn đề. May mắn cho chúng ta, hiện nay công nghệ nanô ra đời trong thế kỉ 21 đã cho thấy nhiều vật liệu thấp chiều như  Bi2Te3 có hệ số nhiệt điện cao, và khả thi cho việc ứng dụng các máy nhiệt điện vào thực tế. Chúng ta hãy tiếp tục hi vọng vào tương lai này.🙂

Một trong những vật liệu đáng chú ý hiện này chính là ống nanô các bon (CNT). Cùng với graphene (Nobel 2010) là hai vật liệu các bon nổi bật nhất trong những thập niên gần đây. Chúng có hệ số dẫn nhiệt cao nhất được biết tới hiện nay, độ bền cao hơn cả kim cương, tính dẫn điện độc đáo. Đặc biệt CNT là có thể là bán dẫn hoặc kim loại tùy thuộc vào đường kính và kiểu ống. Điều này là tuyệt vời để tìm kiếm một vật liệu nhiệt điện hoàn hảo. Đây là một cuộc tìm kiếm đáng để chúng ta theo đuổi?

Light_Bulb_Idea_Generation

One comment

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s