Pin cát - giải pháp cho cơn khát năng lượng tương lai?

Pin cát rẻ tiền hơn hẳn pin lithium thông dụng

Phần Lan từng phải nhập phần lớn khí đốt từ Nga để phục vụ cho việc sưởi ấm và sản xuất. Sau khi xảy ra cuộc xung đột giữa Nga và Ukraine, vấn đề năng lượng thay thế đã nhận được mối quan tâm lớn, trong bối cảnh Phần Lan cũng như nhiều quốc gia châu Âu muốn giảm sự lệ thuộc vào khí đốt Nga.

Với việc Phần Lan quyết định gia nhập Khối hiệp ước Bắc Đại Tây Dương (NATO), Moskva đã ngừng hoàn toàn việc cung cấp khí đốt và điện cho nước này. Các chính trị gia cũng như dân thường Phần Lan hiện đều quan ngại về hoạt động sưởi ấm và điện để thắp sáng, khi viễn cảnh về một mùa Đông dài cực lạnh đang chờ đón phía trước.

Từ trước cuộc xung đột Nga - Ukraine, do biến đổi khí hậu cũng như vấn đề đa dạng hóa nguồn cung nên đã có một làn sóng đầu tư vào việc sản xuất năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, sản xuất điện từ nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió hiện hữu nhiều thách thức không nhỏ.

Câu hỏi khó nhất hiện nay là làm thế nào để tiếp tục có điện khi mặt trời không chiếu sáng vào ban đêm, hay gió bất ngờ ngừng thổi? Thêm nhiều năng lượng tái tạo đổ vào lưới điện chung cũng có nghĩa người ta phải đầu tư nhiều hơn vào hoạt động cân bằng năng lượng. Bởi quá nhiều hoặc quá ít điện đều có thể khiến cả mạng lưới dễ dàng bị sụp đổ.

Câu trả lời rõ ràng nhất cho thách thức này là pin với khả năng lưu trữ lớn. Nhưng hiện tại, hầu hết các loại pin đều được sản xuất bằng lithium rất đắt tiền. Các quả pin lithium cũng có kích thước vật lý lớn, trong khi chỉ giúp xử lý khá hạn chế lượng điện dư thừa.

Nhưng tại thị trấn Kankaanpää, một nhóm kỹ sư trẻ người Phần Lan đã hoàn thành việc lắp đặt thương mại đầu tiên một loại pin làm từ cát. Họ tin rằng có thể giải quyết vấn đề lưu trữ năng lượng với chi phí thấp và gây tác động thấp tới môi trường.

Markku Ylönen, một trong hai sáng lập viên của Polar Night Energy, công ty phát triển sản phẩm pin cát, cho biết: "Bất cứ khi nào lượng điện tạo ra từ nguồn năng lượng xanh đang cao như hiện nay, chúng tôi đều muốn nó được đưa vào lưu trữ một cách nhanh chóng".

Pin cát của Polar Night Energy về cơ bản là một trăm tấn cát xây dựng được chứa trong một bồn đựng khổng lồ. "Quả pin' này được đặt trong nhà máy điện Vatajankoski, nơi chạy hệ thống sưởi của cả thị trấn Kankaanpää.

Nguyên tắc hoạt động của pin cát

Nguyên tắc hoạt động của pin cát khá đơn giản. Điện được sản xuất ra từ các nguồn năng lượng tái tạo, với chi phí rất rẻ, sẽ được dùng để làm nóng 100 tấn cát lên nhiệt độ 500 độ C. Điều này diễn ra thông qua việc đốt nóng các điện trở vùi sâu trong cát.

Cát nóng có khả năng làm nóng không khí xung quanh nó rất dễ dàng. Khi cần sử dụng, người ta sẽ bơm dòng khí được pin cát làm nóng vào hệ thống sưởi của địa phương, đưa đi làm ấm cho các ngôi nhà, văn phòng và thậm chí cả hồ bơi trong vùng.

Nhóm nghiên cứu cho biết cát là một phương tiện lưu trữ nhiệt rất hiệu quả và ít bị mất nhiệt theo thời gian. Họ tin rằng pin cát của mình có thể giữ cát ở nhiệt độ 500 độ C trong vài tháng.

Một trong những thách thức lớn nhất hiện nay là liệu công nghệ này có thể được mở rộng quy mô đến đâu để thực sự tạo ra sự khác biệt? Câu hỏi khác là liệu các nhà phát triển có thể dùng pin cát để tạo điện không, thay vì chỉ dùng để sưởi ấm như hiện nay?

Có thể thấy rằng hiệu suất của pin cát sẽ giảm đáng kể khi người ta dùng nó để cấp điện trở lại cho mạng điện. Tuy nhiên, lưu trữ năng lượng xanh dưới dạng nhiệt trong thời gian dài hơn cũng đã mang tới nhiều lựa chọn tốt, khi mà hầu hết lượng nhiệt được sử dụng trong ngành thực phẩm, đồ uống, dệt may hoặc dược phẩm đều đến từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch.

Ngoài Phần Lan, nhiều nhóm nghiên cứu khác, bao gồm các nhà khoa học tới từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ, đang tích cực xem cát như một dạng pin khả thi cho năng lượng xanh. 

Nhưng Phần Lan là nước đầu tiên có một hệ thống pin cát đi vào hoạt động thương mại và cho đến nay vẫn đang vận hành tốt.