Sản phẩm ECO

Vật liệu tích trữ và chuyển hoá năng lượng mới

   Trong thời đại ngày nay, năng lượng là vấn đề cấp thiết của tất cả các quốc gia trên thế giới. bên cạnh việc nghiên cứu, tìm kiếm các loại năng lượng mới thì sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng cũng là mối quan tâm hàng đầu. Thế giới đang tạo ra và sử dụng nhiều nguồn năng lượng tái tạo hơn bao giờ hết. Nhưng trong nhiều trường hợp, việc tạo ra điện lại phụ thuộc vào các điều kiện thời tiết như năng lượng mặt trời và gió. Đôi khi điện được sản xuất ra dư thừa, nhưng đôi khi lại không đủ cho nhu cầu người sử dụng, đó là lúc cần đến các giải pháp lưu trữ và chuyển hóa các nguồn năng lượng mới.
   
   Công nghệ tích trữ năng lượng được định nghĩa: "Là một hệ thống hấp thu và lưu giữ năng lượng trong một khoảng thời gian trước khi giải phóng năng lượng theo nhu cầu cung cấp năng lượng, hoặc dịch vụ điện". Do vậy, cần có những đột phá trong lĩnh vực công nghệ này để tối ưu hóa hiệu suất của các hệ thống năng lượng và tạo điều kiện cho việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo.

Tích trữ và chuyển hóa năng lượng hấp thụ bằng MOF

   
Các nhà nghiên cứu từ Liên minh năng lượng Fraunhofer thiết kế các vật liệu và công nghệ mới để làm mát, sưởi ấm hay sử dụng trong các quy trình công nghiệp, với cách thức sử dụng nhiệt năng có hiệu quả hơn.

   Ở nhiều nước công nghiệp phát triển, các tòa nhà cao tầng thường có mặt tiền ốp kính và các tòa nhà chọc trời làm bằng bê tông và sắt thép. Nhược điểm của các cấu trúc này là chúng thường rất nóng vào mùa hè, vì vậy cần đến các hệ thống điều hòa không khí phức tạp và tốn kém. Và các hệ thống này đã ngốn hết khoảng 14% lượng năng lượng tiêu thụ hàng năm tại Đức. Các chuyên gia nhận định rằng tổng nhu cầu làm mát trong các tòa nhà sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2020.

Làm mát và sưởi ấm sử dụng khung hữu cơ kim loại
   
   
Các hệ thống làm mát bằng nhiệt có thể thay thế cho hệ thống điều hòa truyền thống. Các hệ thống này sử dụng sự bay hơi của chất lỏng như nước ở áp suất thấp để loại bỏ hơi nóng từ môi trường - một phương pháp làm mát tiết kiệm năng lượng.

   Các nhà nghiên cứu thuộc Viện các hệ thống năng lượng mặt trời Fraunhofer (ISE) tại Freiburg đang nghiên cứu các chất hấp thụ mới có thể tích trữ một lượng hơi nước đặc biệt lớn. Để triển khai vật liệu này, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang sử dụng vật liệu khung hữu cơ kim loại (Metal organic frameworks - MOF).

   MOF còn có thể sử dụng trong các máy bơm nhiệt chạy bằng nhiệt. Trong khi các máy bơm nhiệt chạy điện sử dụng một máy nén chạy điện, thì trong loại máy bơm mới này, vật liệu hấp phụ thực hiện vai trò của một "máy nén nhiệt" trong khi nước đóng vai trò chất làm mát. Chất làm mát dạng khí được hấp thụ bởi các chất hấp thụ, vì thế chuyển khỏi pha khí. Lượng nhiệt sinh ra từ quá trình hấp thụ diễn ra ở phần rỗng bên trong vật liệu được truyền ra ngoài bằng một bộ chuyển nhiệt và có thể sử dụng để làm nóng (hoặc sưởi ấm). Để chức năng này hoạt động, chất hấp thụ cần được áp lên bề mặt của bộ chuyển đổi nhiệt theo cách để làm sao cho chất làm mát bay hơi liên tục cho đến khi chất hấp thụ bão hòa. Khi đã đạt đến dung tích hấp thụ tối đa, nhiệt phát sinh được sử dụng để làm bay hơi hết dung dịch làm mát tích trữ và khiến nó chuyển sang dạng lỏng. Nhiệt ngưng tụ giải phóng ra trong quá trình này cũng có thể được sử dụng để sưởi ấm.

Nhiệt năng từ quá trình tích trữ


   Các cơ sở công nghiệp, các nhà máy điện và khí sinh học tất cả đều sử dụng các quá trình trong đó nhiệt chủ yếu là một sản phẩm thải. Hiện nay, năng lượng nhiệt này hầu như không được sử dụng, đó là điều mà các nhà khoa học thuộc Viện Kỹ thuật và Công nghệ sinh học giao diện (IGB) Fraunhofer tại Stuttgart muốn thay đổi. Họ đang nghiên cứu để triển khai và tối ưu hóa các hệ thống tích trữ nhiệt zeolit. 
                                           

   Zeolit ​​là những khoáng chất tinh thể có cấu trúc xốp có thể hấp phụ các chất khác như nước. Diện tích bề mặt bên trong của chúng có thể rộng đến 1000 m2/g. Khi zeolit tiếp xúc với hơi nước, nó liên kết các phân tử nước bên trong các lỗ xốp và giải phóng nhiệt trong quá trình này. Việc làm khô vật liệu này là một cách để trữ nhiệt, lượng năng lượng mà nó tích trữ được giải phóng dưới dạng nhiệt ngay khi hơi nước được hấp thụ lại. Các chuyên gia thuộc IGB Fraunhofer hiện đang triển khai công nghệ sử dụng phương pháp tích trữ nhiệt này.

   Các hệ thống tích trữ nhiệt nhiệt hóa dựa trên sự kết hợp zeolit ​​và nước có khả năng tích lũy đến 180 kWh/m3 phụ thuộc vào nhiệt độ nạp và ứng dụng. Trong khi, các hệ thống lưu trữ năng lượng nước nóng truyền thống thường có mật độ năng lượng thấp hơn 60 kWh/m3. Tuy nhiên, các thiết bị tích trữ nhiệt dùng chất hấp thụ zeolit hiện đang ở giai đoạn phát triển nên có giá tương đối đắt. Hiện nay các nhà nghiên cứu đang xúc tiến để công nghệ này sớm được đưa vào ứng dụng trong ngành công nghiệp.

   Hiện nay các nhà khoa học đang nỗ lực chế tạo pin năng lượng mặt trời chi phí thấp bằng cách sử dụng chất dẻo, chứ không phải bằng silic, nhưng pin năng lượng mặt trời bằng chất dẻo hiện nay kém hiệu quả, phần lớn do các điện tích dương và âm sau khi được tách ra thường kết hợp lại với nhau trước khi chúng biến thành điện năng.
   
   Các nhà khoa học đã phát hiện ra một loại khoáng vật có khả năng trích xuất năng lượng từ nhiều nguồn khác nhau tại cùng một thời điểm - biến năng lượng mặt trời, nhiệt và động năng thành điện năng.


   Khoáng vật này là một loại của cấu trúc Perovskite (tên gọi chung của các vật liệu có cấu trúc tinh thể đặc biệt, khoáng chất perovskite được biết đến nhiều nhất là canxi titanat có công thức hóa học CaTiO3). Đây là lần đầu tiên các nhà nghiên cứu xác định được một loại khoáng chất perovskite có thể chuyển đổi năng lượng từ ba nguồn khác nhau trong nhiệt độ phòng.
                                             

   Từ khi loại pin mặt trời perovskite lần đầu tiên được phát minh vào năm 2009, loại khoáng vật này đã trở thành một nguyên liệu quan trọng trong công nghệ sản xuất năng lượng tái tạo.

   Pin mặt trời perovskite đã được chứng minh là rẻ hơn và hiệu quả hơn loại pin silicon truyền thống, và hiệu suất của chúng đã tăng từ mức 3,8% vào năm 2009 lên 22,1% vào năm 2016, biến chúng trở thành công nghệ năng lượng mặt trời tiên tiến nhất cho đến nay.

   Hiện tại, các nhà khoa học của MIT đã tiến những nước đầu tiên trong việc phát triển pin lithium-ion rắn hoàn toàn. Về cơ bản, loại pin này có khả năng lưu trữ nhiều năng lượng hơn, nghĩa là bạn không phải cắm sạc thường xuyên cho thiết bị của mình nữa.

Nếu quý khách quan tâm tới dịch vụ của chúng tôi:
Hãy liên hệ: (024) 3632 0328
Đặt dịch vụ
Đặt dịch vụ thành công
Dịch vụ khác