“Pin cát” và câu chuyện năng lượng xanh

Sử dụng cát loại thường, thiết bị được sạc bằng nhiệt được tạo ra từ nguồn điện rẻ tiền từ năng lượng mặt trời hoặc gió. Cát lưu trữ nhiệt ở khoảng 500 độ C, sau đó sưởi ấm ngôi nhà vào mùa đông khi năng lượng đắt hơn.

Mối quan tâm về nguồn nhiệt và ánh sáng, đặc biệt là với mùa đông Phần Lan kéo dài lạnh giá ở phía chân trời đang khiến giới chính trị gia cũng như người dân bận tâm. Nhưng trong góc một nhà máy điện nhỏ ở phía tây Phần Lan là một công nghệ mới có khả năng giảm bớt một số lo lắng này.

Yếu tố quan trọng trong thiết bị này? Khoảng 100 tấn cát xây dựng chất thành đống cao bên trong một silo xám xỉn. Những loại thô và sẵn sàng này có thể là cách đơn giản tiết kiệm chi phí để dự trữ năng lượng khi cần thiết nhất. Nhưng trong khi tấm pin mặt trời và turbine gió mới có thể nhanh chóng được bổ sung vào lưới điện quốc gia, thì những nguồn bổ sung này cũng đặt ra những thách thức to lớn.

Câu hỏi khó nhất là về khả năng gián đoạn - làm thế nào để bạn giữ đèn sáng khi mặt trời không chiếu sáng và gió không thổi? Thêm nhiều năng lượng tái tạo vào lưới điện cũng có nghĩa là bạn cần tăng cường những nguồn năng lượng khác để cân bằng mạng lưới, vì điện quá nhiều hoặc quá ít đều có thể khiến nó bị sập.

Câu trả lời rõ ràng nhất cho những vấn đề này là pin quy mô lớn có thể lưu trữ và cân bằng nhu cầu năng lượng khi lưới điện trở nên xanh hơn. Hiện tại, hầu hết các loại pin đều được sản xuất bằng lithium đắt tiền với kích thước vật lý lớn và chỉ có thể đối phó với một lượng điện dư hạn chế. Nhưng tại thị trấn Kankaanpaa, một nhóm kỹ sư trẻ Phần Lan đã hoàn thành việc lắp đặt thương mại đầu tiên loại pin làm từ… cát mà họ tin rằng có thể giải quyết vấn đề lưu trữ theo cách tiết kiệm, chi phí thấp.

Markku Ylnen, một trong hai người sáng lập Polar Night Energy và người phát triển sản phẩm, cho biết: “Bất cứ khi nào có lượng điện xanh sẵn có tăng cao như thế này, chúng tôi muốn có thể đưa nó vào kho lưu trữ thực sự nhanh chóng”. Thiết bị được lắp đặt trong nhà máy điện Vatajankoski chạy hệ thống sưởi ấm cho khu vực. Điện giá rẻ làm ấm cát lên đến 500 độ C bằng cách đốt nóng điện trở (quá trình tương tự làm cho đám cháy điện hoạt động). Điều này tạo ra không khí nóng luân chuyển trong cát bằng bộ trao đổi nhiệt.

Cát là phương tiện lưu trữ nhiệt rất hiệu quả và ít bị mất đi theo thời gian. Nhóm  nhà phát triển tự tin thiết bị của họ có thể giữ cát ở 500 độ C trong vài tháng. Vì vậy, khi giá năng lượng cao hơn, pin sẽ thải ra không khí nóng làm ấm nước cho hệ thống sưởi; sau đó được bơm xung quanh nhà, văn phòng và thậm chí cả hồ bơi địa phương.

Ý tưởng về “pin cát” lần đầu tiên được phát triển tại một nhà máy bột giấy trước đây ở thành phố Tampere, với hội đồng quyên góp không gian làm việc và cung cấp kinh phí đưa nó đi vào hoạt động.

Elina Seppanen, chuyên gia về khí hậu và năng lượng của thành phố, bình luận: “Nếu chúng ta có một số trạm điện chỉ hoạt động trong vài giờ vào mùa đông, khi thời tiết lạnh nhất, thì nó sẽ cực kỳ đắt đỏ. Nhưng nếu chúng ta có loại giải pháp cung cấp sự linh hoạt cho việc sử dụng và lưu trữ nhiệt, điều đó sẽ giúp ích rất nhiều về mặt chi phí”.

Một trong những thách thức lớn hiện nay là liệu công nghệ có thể được mở rộng để thực sự tạo ra sự khác biệt - và liệu nhóm nhà phát triển có thể sử dụng nó để thoát điện cũng như sưởi ấm không?

Hiệu suất giảm đáng kể khi cát được sử dụng chỉ để cung cấp điện trở lại cho lưới điện. Nhưng lưu trữ năng lượng xanh dưới dạng nhiệt trong thời gian dài hơn cũng là cơ hội lớn cho ngành công nghiệp, nơi hầu hết nhiệt của quá trình được sử dụng trong thực phẩm và đồ uống, dệt may hoặc dược phẩm đến từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch.

Một số nhóm nghiên cứu khác, chẳng hạn như 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 đất nước đầu tiên sở hữu một hệ thống thương mại hoạt động và cho đến nay vẫn đang hoạt động tốt.

Pekka Passi, giám đốc điều hành nhà máy điện Vatajankoski, nhận định: “Nó thực sự đơn giản, nhưng chúng tôi thích ý tưởng thử một cái gì đó mới, để trở thành người đầu tiên trên thế giới làm điều như thế này. Nó hơi điên rồ, nếu bạn cho là như thế, nhưng tôi nghĩ nó sẽ thành công”.