Đánh bại tự nhiên bằng chính trò chơi của chúng

Vào một buổi sáng mùa thu đầy nắng, tôi đến Caltech để thăm phòng thí nghiệm nghiên cứu của giáo sư Nate Lewis. Nhiệt độ ở Nam California đã tăng lên 20 độ trên mức thông thường, khiến Trung tâm khí tượng Quốc gia đưa ra các cảnh báo về nguy cơ cháy nổ cực mạnh và các bệnh liên quan đến nhiệt độ tăng cao.

Thời tiết là lời mở bài phù hợp để giới thiệu về lý do tại sao tôi lại đến thăm phòng thí nghiệm của Nate – làm thế nào chúng ta có thể khai thác năng lượng khổng lồ của mặt trời để làm nhiên liệu cho xe hơi, xe tải, tàu thuyền và máy bay.

Bước vào phòng lab ngổn ngang những màn hình máy tính, lọ đựng hóa chất, cốc và các thiết bị khác, Nate đưa cho tôi một cặp kính an toàn và đưa ra một số lời khuyên cho những gì tôi sắp được xem. Ông nói: “Tất cả mọi thứ chúng tôi làm đều đơn giản từ đầu đến khi kết thúc, mặc dù sử dụng nhiều vật liệu phức tạp.

Những thứ đơn giản đó là ý tưởng đằng sau tất cả các nghiên cứu nhóm ông đang làm: Mặt trời là nguồn năng lượng có thể tái tạo an toàn và dồi dào nhất mà chúng ta có. Trên thực tế, lượng năng lượng từ mặt trời tỏa đến Trái đất chỉ trong một giờ nhiều hơn mức năng lượng con người sử dụng trong cả năm. Nếu chúng ta có thể tìm ra cách để khai thác rẻ và hiệu quả một phần năng lượng của mặt trời, chúng ta sẽ đi được một chặng đường dài trong việc tìm ra nguồn năng lượng sạch, giá cả phải chăng và an toàn cho tương lai.

Tất cả chúng ta đều đã quen thuộc với các tấm pin năng lượng mặt trời có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng. Khi chi phí của tấm pin tiếp tục giảm, chúng tôi chờ đợi xem chúng sẽ trở thành nguồn năng lượng sạch được dùng phổ biến trên khắp thế giới như thế nào. Tất nhiên, có một thách thức lớn của việc sử dụng năng lượng mặt trời đó là mặt trời lặn mỗi đêm và có những ngày nhiều mây. Đó là lý do tại sao chúng ta cần phải tìm một phương pháp nào đó để lưu trữ hiệu quả năng lượng từ ánh sáng mặt trời để có thể đáp ứng đủ theo nhu cầu.
Pin là một giải pháp. Và có thứ còn tốt hơn pin là một nhiên liệu năng lượng mặt trời. Nhiên liệu có tỷ trọng năng lượng cao hơn pin, thích hợp hơn cho việc lưu trữ và vận chuyển. Ví dụ, một tấn xăng lưu có thể chứa đựng một lượng năng lượng tương đương 60 tấn pin. Đó là lý do tại sao phải cải tiến công nghệ pin, sẽ rất khó tưởng tượng được nếu ta bay từ Seattle tới Tokyo trên một chiếc máy bay luôn cần cắm sạc lại năng lượng.

Tôi đã viết bài này trước có lẽ trước khi xuất hiện nhiều nhu cầu về một đột phá trong công nghệ năng lượng để ngăn chặn sự thay đổi khí hậu và cung cấp điện cho hàng triệu gia đình nghèo. Tạo ra nhiên liệu năng lượng mặt trời sẽ là một trong những đột phá đó. Nó sẽ giải quyết vấn đề dự trữ năng lượng khi mặt trời không chiếu sáng. Và nó sẽ cung cấp một nguồn năng lượng để ta sử dụng cho cơ sở hạ tầng giao thông hiện tại. Chúng ta có thể tiếp tục lái những chiếc xe chúng ta có bây giờ. Thay vì chạy bằng nhiên liệu hóa thạch từ mặt đất, chúng sẽ được sử dụng nhiên liệu làm từ ánh sáng mặt trời. Và bởi vì nó sẽ không thải ra bất kỳ loại khí nhà kính nào cho khí quyển nữa nên nó trung tính với cacbon.

Dừng việc chỉ tưởng tượng về một tương lai như thế mà hãy nhận ra rằng công việc sẽ rất khó khan bởi vì không một ai biết làm cách nào để biến ánh sáng mặt trời thành nhiên liệu. Nhờ có Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Nate và một nhóm các nhà nghiên cứu khác trên khắp nước Mỹ đang nhận được hỗ trợ nghiên cứu để tìm hiểu xem liệu có thể thực hiện được điều đó hay không.

Chúng ta đang sống trong thời kỳ của những phát minh và khám phá mới đã trở nên rất phổ biến như những nghiên cứu tiên tiến mà tôi đã thấy ở Caltech. Nhưng hầu hết các đột phá công nghệ nhằm cải thiện cuộc sống của chúng ta – từ y tế đến các ý tưởng năng lượng sạch mới – đều bắt đầu là những nghiên cứu do Chính phủ tài trợ như của Nate. Nếu thành công, nghiên cứu đó dẫn đến những thay đổi, tạo ra các ngành công nghiệp mới, tạo ra việc làm mới, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế. Không thể không nhấn mạnh tầm quan trọng từ sự hỗ trợ của chính phủ trong việc này. Nếu không có nó, tiến bộ của con người sẽ không tiến xa được như bây giờ.

Nate và nhóm của ông vẫn đang ở giai đoạn đầu của quá trình này. Nhưng họ có lý do để lạc quan về những gì sẽ diễn ra ở phía trước. Trên thực tê là, biến ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học là những gì thực vật đã làm mỗi ngày. Thông qua quá trình quang hợp, thực vật kết hợp ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide để lưu trữ năng lượng mặt trời thành những cầu nối hóa học. Tại phòng thí nghiệm của Nate, nhóm nghiên cứu của ông đang làm việc với những nhân tố giống như thực vật đã làm. Sự khác biệt là họ cần phải tìm hiểu làm thế nào để làm điều đó tốt hơn và đánh bại tự nhiên trong chính trò chơi của nó.

Nate cho biết: “Chúng tôi muốn tạo ra một nguồn năng lượng mặt trời lấy cảm hứng từ thiên nhiên, giống như cách mà con người chế tạo  máy bay lấy cảm hứng từ những con chim đang bay. “Nhưng bạn không xây dựng một chiếc máy bay có lông vũ. Và chúng tôi sẽ không xây dựng một hệ thống quang hợp nhân tạo có các chất diệp lục và các hệ thống sống, bởi vì chúng tôi có thể làm tốt hơn thế. ”

Một trong những sinh viên của Nate cho tôi thấy ánh sáng có thể được sử dụng để phân tách nước thành ôxy và hydro – bước đi quan trọng đầu tiên trong con đường dẫn đến nhiên liệu năng lượng mặt trời. Bước tiếp theo sẽ liên quan đến việc kết hợp hydro với carbon dioxide để sản xuất nhiên liệu. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng các công nghệ hiện nay, điều đó là quá tốn kém để sản xuất nhiên liệu từ ánh sáng mặt trời. Để làm cho nó rẻ hơn, cần có nhiều nghiên cứu hơn nữa để hiểu thêm về các vật liệu và hệ thống để từ đó tạo ra một nguồn nhiên liệu mặt trời có thể sử dụng được.

Một ý tưởng mà nhóm của ông đang nghiên cứu là một loại thảm nhân tạo làm từ các tế bào nhựa có thể dễ dàng trải lăn ra để nhận ánh sáng mặt trời tạo ra nhiên liệu. Mỗi tế bào nhựa sẽ chứa nước, chất hấp thụ ánh sáng và chất xúc tác. Chất xúc tác giúp đẩy nhanh các phản ứng hóa học do đó mỗi tế bào có thể sản xuất nhiên liệu hydro hoặc cacbon hiệu quả hơn. Thật không may, các chất xúc tác tốt nhất lại nằm trong số các nguyên tố hiếm nhất và đắt nhất, như bạch kim. Trọng tâm chính trong nghiên cứu của Nate là tìm ra các chất xúc tác khác không chỉ có hiệu quả và bền, mà còn tiết kiệm chi phí.

Nate bắt đầu quan tâm đến nghiên cứu năng lượng sạch từ cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 1970, khi ông phải chờ hàng giờ đồng hồ trước đường ống khí đốt với cha ông. Ông nói rằng từ khi đó ông sẽ cống hiến cuộc đời mình cho nghiên cứu năng lượng. Bây giờ, ông đang đào tạo thế hệ các nhà khoa học tiếp nối để giúp giải quyết thách thức về vấn đề năng lượng của thế giới. Thật thú vị khi nhìn thấy một số lượng lớn những người trẻ tuổi đang làm việc trong phòng thí nghiệm của Nate. Tốc độ cập nhật cái mới của họ nhanh hơn thế hệ trước nhiều. “Chúng tôi chỉ mất một ngày để làm các thí nghiệm mà trước đây sẽ mất một năm hoặc toàn bộ thời gian làm luận văn tiến sĩ của tôi, “Nate nói.

Tuy nhiên, tôi tin rằng chúng ta cần làm nhiều hơn nữa. Chúng ta cần hàng ngàn nhà khoa học đi theo tất cả mọi con đường có thể để dẫn tới một tương lai sử dụng năng lượng sạch. Đó là lý do tại sao một nhóm các nhà đầu tư và gần đây tôi đã cho ra đời một quỹ gọi là Quỹ đột phá năng lượng (Breakthrough Energy Ventures) , một quỹ đầu tư chứa hơn1 tỷ USD dành cho những khám phá khoa học có tiềm năng cung cấp năng lượng sạch, rẻ và an toàn cho thế giới.

Mặc dù chúng ta vẫn chưa thể nạp vào ô tô của chúng ta nhiên liệu năng lượng mặt trời trong vài tuần tới hoặc một năm tới, nhóm của Nate đã có những đóng góp quý báu giúp chúng ta hiểu về cách chúng ta có thể đạt được mục tiêu táo bạo này. Với sự hỗ trợ ngày càng nhiều của chính phủ và tư nhân, chúng ta sẽ giúp nghiên cứu của họ tiếp tục tiến về phía trước với tốc độ nhanh nhất.

Hoài Thu
Theo Gatesnote.com

Facebook Comments

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *