Tại Sydney, Australia, các nhà khoa học trong lĩnh vực năng lượng mặt trời đang theo đuổi một hướng tiếp cận hoàn toàn mới trong sản xuất điện. Thay vì hấp thụ ánh sáng giống các tấm pin mặt trời thông thường, công nghệ này tạo ra điện theo cơ chế ngược lại.

Jamie Harrison, nghiên cứu sinh sau đại học tại Đại học New South Wales cho biết nhóm của anh đang phát triển các thiết bị có khả năng tạo điện thông qua việc phát ra ánh sáng. Theo Harrison, có thể xem đây là một dạng pin mặt trời đảo chiều.

Harrison là thành viên của nhóm nghiên cứu thuộc Học viện Kỹ thuật Quang điện và Năng lượng tái tạo của Đại học New South Wales. Tại đây, các nhà khoa học đang tìm kiếm những phương pháp mới để khai thác năng lượng mặt trời, bao gồm cả khả năng phát điện trong điều kiện không có ánh sáng ban ngày.

Theo nguyên lý tự nhiên, ban ngày Trái đất hấp thụ năng lượng từ Mặt trời, đến ban đêm lượng năng lượng này được giải phóng trở lại dưới dạng bức xạ hồng ngoại. Đây là loại bức xạ mắt người không nhìn thấy nhưng có thể cảm nhận thông qua nhiệt.

Nhóm nghiên cứu đang phát triển một loại vật liệu bán dẫn được gọi là đi ốt nhiệt bức xạ, cho phép chuyển đổi bức xạ hồng ngoại phát ra từ Trái đất thành điện năng.

Giáo sư Ned Ekins Daukes, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết nếu quan sát Trái đất vào ban đêm bằng camera hồng ngoại, có thể thấy hành tinh phát sáng. Đó chính là quá trình Trái đất tỏa nhiệt vào không gian lạnh xung quanh. Dù không phải những người đầu tiên nghiên cứu đi ốt nhiệt bức xạ, nhóm của Đại học New South Wales là đơn vị đầu tiên chứng minh trực tiếp khả năng tạo điện từ thiết bị này vào năm 2022, dựa trên các nghiên cứu nền tảng trước đó của Đại học Harvard và Đại học Stanford tại Mỹ.

Tuy vậy, lượng điện mà thiết bị hiện nay tạo ra vẫn còn rất nhỏ, thấp hơn khoảng một trăm nghìn lần so với pin mặt trời truyền thống.

Theo Giáo sư Ekins Daukes, công suất hiện tại chỉ đủ để vận hành một chiếc đồng hồ đeo tay kỹ thuật số bằng nhiệt từ cơ thể con người. Hiệu suất của đi ốt phụ thuộc lớn vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nhiệt và môi trường xung quanh.

Ngay cả trong điều kiện thuận lợi nhất trên Trái đất, đi ốt nhiệt bức xạ cũng chỉ có thể tạo ra mật độ công suất vào khoảng một watt trên mỗi mét vuông. Nguyên nhân là do hơi nước và các khí như CO2 trong khí quyển hấp thụ nhiệt, làm giảm chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt Trái đất và bầu trời đêm. Theo nhận định của Ekins Daukes, môi trường không gian với nhiệt độ rất thấp và không có khí quyển mới là nơi công nghệ này phát huy tiềm năng rõ rệt.

Nhóm nghiên cứu kỳ vọng đi ốt nhiệt bức xạ có thể được ứng dụng để cung cấp điện cho các vệ tinh. Hiện nay, vệ tinh chủ yếu sử dụng pin mặt trời, nhưng phương thức này gặp hạn chế trong những khoảng thời gian không nhận được ánh sáng trực tiếp.

Ở quỹ đạo thấp, vệ tinh thường trải qua khoảng bốn mươi lăm phút được chiếu sáng và bốn mươi lăm phút nằm trong bóng tối. Trong khi pin mặt trời chỉ hoạt động khi có ánh sáng, nhóm nghiên cứu cho rằng có thể tận dụng các bề mặt khác của tàu vũ trụ để tạo ra nguồn điện bổ sung.

Theo đó, đi ốt sẽ khai thác lượng nhiệt mà vệ tinh tích lũy khi được chiếu sáng, sau đó chuyển đổi phần nhiệt này thành điện năng khi vệ tinh tỏa nhiệt vào không gian lạnh trong giai đoạn tối.

Hiện nay, trong thời gian không có ánh sáng, vệ tinh buộc phải sử dụng pin lưu trữ đã được sạc từ trước. Tuy nhiên, theo Giáo sư Ekins Daukes, công nghệ mới có thể giúp khai thác thêm điện năng trực tiếp từ chính bề mặt vệ tinh.

Ông cho rằng xu hướng hiện nay là phát triển các vệ tinh nhỏ gọn hơn, hoạt động ở quỹ đạo thấp nhưng vẫn đảm nhiệm được chức năng của các vệ tinh lớn. Trong bối cảnh đó, đi ốt nhiệt bức xạ với trọng lượng nhẹ và khả năng tận dụng các bề mặt chưa được khai thác có thể mang lại lợi thế đáng kể.

Dự kiến trong năm nay, nhóm nghiên cứu của Đại học New South Wales sẽ tiến hành thử nghiệm công nghệ này bằng khinh khí cầu, đánh dấu lần đầu tiên đi ốt nhiệt bức xạ được thử nghiệm trong môi trường không gian.

Trung Quốc tiến gần đến “mặt trời nhân tạo”, mở cánh cửa cho kỷ nguyên năng lượng sạch

Ngọc Ánh