Năng lượng xanh, hay còn được gọi là năng lượng thẩm thấu, có tiềm năng vô cùng lớn.
Phát minh gặp “rào cản”
Về lý thuyết, trung bình, một con sông có thể tạo ra nhiều năng lượng xanh tương tự một nhà máy thủy điện, bằng cách sử dụng một thác nước cao 142 mét. Tiến sĩ, nhà nghiên cứu người Italy - ông Diego Pintossi thuộc Nhóm Vật liệu và Quy trình màng, đã phát triển những phương pháp mới. Nhờ đó, giúp giải quyết vấn đề bụi bẩn làm tắc nghẽn các màng được sử dụng trong quá trình tạo ra năng lượng xanh.
Năng lượng xanh sử dụng một công nghệ được gọi là điện phân ngược (RED). Trong đó, ion muối tích điện dương và âm có trong nước sông cũng như biển. Những ion này di chuyển qua màng trao đổi ion. Sự chuyển động này đã tạo ra công suất điện.
Toàn bộ quá trình dựa trên ý tưởng rằng, nước biển có nhiều muối. Trong khi đó, nước sông rất ít muối. Các nhà khoa học đã “lợi dụng” sự khác biệt về nồng độ muối giữa các chất lỏng để tạo ra điện. Điện phân ngược sử dụng quy trình tương tự thẩm phân điện. Đây là một công nghệ thường được sử dụng để làm sạch hoặc khử muối trong nước, nhưng theo thứ tự ngược lại.
Sự pha trộn của các dòng nước có chứa nồng độ muối khác nhau là một quá trình tự phát do entropy. Nhà nghiên cứu Diego Pintossi - người từng thực hiện thử nghiệm tại trung tâm nghiên cứu châu Âu về công nghệ nước bền vững Wetsus, giải thích: “Hãy coi nó như một cách tự nhiên để tìm phương pháp tạo ra trạng thái cân bằng”.
Chuyên gia này cho biết, bằng cách đặt các màng giữa hai dòng chảy, chúng ta có thể chọn những ion muối được trao đổi giữa dung dịch. Trong trường hợp này, các nhà khoa học đã sử dụng hai màng.
Trong đó, một màng vận chuyển các anion clo tích điện âm (Cl-) và màng kia vận chuyển cation natri tích điện dương (Na+). Các màng được đặt trong những ngăn xếp, tương tự pin nhiên liệu. Do đó, những chênh lệch điện áp riêng lẻ có thể được kết hợp để tạo ra đủ điện.
Khác năng lượng Mặt trời và gió, năng lượng xanh có thể được tái tạo và ít bị ảnh hưởng bởi các biến động hằng ngày. Tuy nhiên, đến nay, chi phí của màng được cho là “rào cản” trong việc đưa công nghệ được áp dụng rộng rãi.
Trong những năm gần đây, lĩnh vực này đã có một số bước tiến mới. Vào năm 2014, một thí nghiệm nhỏ đã được thực hiện tại Afsluitdijk (Hà Lan), bằng cách sử dụng nước từ Waddenzee (mặn) và IJsselmeer (ngọt).
Mô hình xử lý bám bẩn
Nhà nghiên cứu Pintossi lý giải, một “rào cản” lớn khi sử dụng nước sông và biển là chất bẩn. Các thành phần hòa tan trong nước như vi khuẩn, đất sét, muối hoặc chất hữu cơ có thể tích tụ trên và trong màng. Do đó, làm giảm năng suất điện.
“Trong nghiên cứu, tôi đã cố gắng đưa ra các giải pháp cho vấn đề này. Tình trạng này được biết đến nhiều hơn với tên gọi “tắc nghẽn”. Đầu tiên, tôi đã phát triển một kỹ thuật mới để theo dõi quá trình bám bẩn.
Tôi phát hiện ra rằng, bằng cách sử dụng quang phổ trở kháng điện hóa, tôi có thể dự đoán sự xuất hiện của tình trạng bám bẩn ngay ở giai đoạn đầu. Điều này có thể giúp bạn quyết định khi nào cần làm sạch các ngăn xếp và mức độ dọn như thế nào là cần thiết”, ông Pintossi lý giải.
Sau đó, nhà nghiên cứu này đã xem xét ảnh hưởng của sunfat lên màng. Bởi, theo ông Pintossi, các hạt lớn mang điện tích âm, như sunfat, có thể làm giảm nghiêm trọng năng suất điện. Bởi, chúng tương tác mạnh với điện tích màng. Điều này ngăn cản sự vận chuyển của các hạt muối và ảnh hưởng đến việc sản xuất điện.
Ông Pintossi cũng đã phát triển hai mô hình cho thấy tác động của tình trạng bám bẩn đối với việc phát điện. “Những mô hình này đặc biệt hữu ích để dự đoán việc phát điện trong các hệ thống lắp đặt quy mô lớn. Chúng có thể giúp giảm chi phí lắp đặt”, chuyên gia cho biết.
Tất nhiên, việc xác định nguyên nhân của tình trạng bám bẩn cũng sẽ không giúp giải quyết vấn đề. Do đó, nhà nghiên cứu này đã phát triển hai cách tiếp cận hóa học. Kết quả là, ông đã thành công giúp thay đổi bề mặt màng. Nhờ đó, khiến lớp màng có khả năng chống bám bẩn tốt hơn. Nhà nghiên cứu đã sử dụng một lớp phủ đặc biệt, dựa trên zwitterion.
“Zwitterion, hay muối bên trong, là các phân tử có chứa một số lượng bằng nhau những hạt mang điện tích dương và âm. Do đó, chúng có xu hướng làm cho các màng trong tế bào RED ưa nước hơn. Nói cách khác, chúng bị hút nước nhiều hơn. Điều này không chỉ làm giảm tốc độ của quá trình bắt đầu bám bẩn, mà còn làm chậm sự phát triển đó.
Tóm lại, nghiên cứu của tôi là một bước quan trọng hướng tới việc triển khai năng lượng xanh trên quy mô lớn. Qua đó, giúp nó trở thành một nguồn năng lượng tái tạo, bền vững”, ông Pintossi giải thích.
