Bê tông năng lượng là một dự án vẫn đang trong quá trình nghiên cứu. Tuy nhiên, theo nhiều bao cáo, loại vật liệu này đã đem lại nhiều kết quả bất ngờ. Bê tông có thể tiếp nhận và tích tụ một lượng điện năng khổng lổ. Nếu đem vào xây dựng thực tế thì có thể biến cả tòa nhà thành một viên Pin siêu to, khổng lồ. Điều đặc biệt là chúng ta có thể sạc đi sác lại nhiều lần như một viên Pin bình thường. Nghiên cứu này đã từng được đánh giá là điên rồ những lại dần trở thành hiện thực. Đó là nhờ vào cuộc nghiên cứu của các nhà khoa học tại Thủy Điển.
Mục lục
Bê tông năng lượng dần trở thành hiện thực
Hãy tưởng tượng cả một tòa nhà bê tông cao hàng chục tầng. Có thể tích trữ năng lượng giống như một cục pin khổng lồ. Nhờ nghiên cứu độc đáo của các nhà khoa học thuộc Đại học Công nghệ Chalmers (Thụy Điển). Sự tưởng tượng này đang dần trở thành hiện thực. Với mật độ năng lượng lớn và khả năng sạc lại. Loại vật liệu bê tông mới này được xem là đáp ứng được tiêu chuẩn của vật liệu xây dựng thông minh. Hướng đến thành phố thông minh trong tương lai.
Bê tông có thể tích trữ năng lượng
Trong những năm gần đây, nhiều loại vật liệu xây dựng tiên tiến đang được phát triển. Để cung cấp các ứng dụng thông minh đa chức năng. Điển hình như tự cấp nguồn điện [1] và tự cảm biến [2, 3]. Cụ thể hơn, vật liệu xây dựng trong tương lai được mong muốn có thể đảm nhận các chức năng bổ sung. Ví dụ như là nguồn năng lượng, có khả năng thu thập và lưu trữ năng lượng bên ngoài như năng lượng mặt trời và năng lượng gió.
Khái niệm sử dụng các công trình và tòa nhà làm nguồn năng lượng và/hoặc lưu trữ năng lượng. Đây có thể là một cuộc cách mạng bởi vì chúng cung cấp một giải pháp kép. Vừa tham gia giải quyết sự khủng hoảng năng lượng. Bằng cách cung cấp một lượng lớn năng lượng sạch được tích hợp trong chính nó. Vừa đảm bảo chức năng của một công trình xây dựng thuần túy.
Bê tông năng lượng của Thụy Điển gây đột phá
Tuy đã có các nghiên cứu để phát triển pin bê tông. Nhưng hiệu suất của pin vẫn rất thấp. Chẳng hạn như Burstein và Speckert [4] đã phát triển một loại pin nhôm kiềm/nước. Sử dụng quá trình khử nước thành hydro trên thép (phản ứng ở cathode). Loại pin này chỉ có thể sản xuất mật độ dòng điện và điện áp rất thấp (~0,6 V). Ouellette và Todd [5] cũng đã phát triển một pin trên nền vật liệu xi măng. Tích trữ năng lượng từ nước biển với các điện cực Mg và C. Nhưng chỉ phát nguồn điện thấp ứng dụng trong quản lý hạ tầng hàng hải.
Hơn nữa, chưa có bất kỳ nghiên cứu nào về ứng dụng pin bê tông có thể sạc lại. Chính vì vậy, sản phẩm mới được giới thiệu gần đây của các nhà nghiên cứu thuộc Đại học công nghệ Chalmers (Thụy Điển) – CUT được xem là một bước đột phá. Đây là một loại pin trên nền vật liệu xi măng có thể sử dụng trong xây dựng. Để lưu trữ năng lượng thu được từ nguồn năng lượng bên ngoài [6]. Nghiên cứu này được bắt nguồn từ mục đích giảm lượng khí thải carbon của quy trình sản xuất bê tông truyền thống để chế tạo bê tông thành phương tiện lưu trữ năng lượng.
Cách bê tông năng lượng được tạo ra
Các nhà nghiên cứu của CUT đã tạo ra một hỗn hợp nền xi măng. Trong đó có bổ sung một lượng nhỏ các sợi carbon ngắn. Để tăng độ dẫn điện và độ bền uốn của vật liệu [6]. Bên cạnh đó, hỗn hợp cũng được kết hợp một lưới sợi carbon phủ kim loại. Sử dụng sắt cho cực dương và niken cho cực âm với hai dạng cấu trúc pin sạc (cấu trúc phân lớp và cấu trúc nhúng) trên nền vật liệu xi măng chính
Các mẫu pin sạc tạo ra từ hỗn hợp xi măng này có hiệu suất được cải thiện hơn rất nhiều. Với mật độ năng lượng trung bình khoảng 7 Wh/m2 (hoặc 0.8 Wh/l). Tức là gấp 10 lần so với các loại pin bê tông đã được chế tạo trước đây. Và là loại đầu tiên trên thế giới có thể sạc lại. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là nó đã sẵn sàng để thương mại hóa vì hiệu suất hiện tại vẫn thấp hơn nhiều so với pin sạc thông thường. Mặc dù vậy, theo nhóm nghiên cứu, do khối lượng lớn của kết cấu bê tông các tòa nhà. Khả năng lưu trữ năng lượng có thể đạt ở mức cao. Ngay cả khi năng lượng trên một đơn vị thể tích không cao.
Những vấn đề trong việc hoàn thiện bê tông năng lượng
Theo các nhà khoa học của CUT, một số vấn đề cần phải được tiếp tục nghiên cứu, như trên thực tế là các tòa nhà bê tông có tuổi thọ rất dài, không tương thích với tuổi thọ của pin. Các công trình bê tông thường được xây dựng với tuổi thọ 50, thậm chí 100 năm nên pin sẽ cần được điều chỉnh để phù hợp với khoảng thời gian này, hoặc có thể dễ dàng thay đổi và tái chế khi hết tuổi thọ. Hiện tại, đây vẫn là thách thức lớn về mặt kỹ thuật. Mặc dù có những hạn chế, nhóm nghiên cứu đã hình dung ra cách vượt qua được khó khăn.
Kém thẩm mỹ
Cụ thể, công nghệ này có thể được sử dụng để biến các tòa nhà cao tầng về cơ bản trở thành cơ sở lưu trữ năng lượng khổng lồ. Để thuận tiện cho việc ứng dụng công nghệ mới này, mặt tiền bê tông có thể được thiết kế lộ ra phía ngoài. Đó cũng có thể là thời điểm thích hợp để phong cách kiến trúc thô ráp, mạnh mẽ (brutalist architecture) trở lại sau thời gian dài vắng bóng.
Kết hợp cùng công nghệ khác
Bên cạnh đó, công nghệ mới này còn có tiềm năng làm nền tảng cho sự ra đời của hàng loạt giải pháp năng lượng khác. Ví dụ như khi được kết hợp với các tấm pin mặt trời sẽ có khả năng biến cửa sổ của các tòa nhà lớn thành máy phát năng lượng liên tục, và chuyển đổi toàn bộ các tòa nhà trong thành phố thành những nhà máy sản xuất năng lượng khổng lồ. Như vậy, ứng dụng vật liệu pin sạc bê tông mới này có thể đóng góp một danh sách dài các công nghệ mới đầy hứa hẹn. Một ngày nào đó trong tương lai. Chúng có thể vừa cung cấp năng lượng cho các thành phố thông minh. Vừa đáp ứng các nhu cầu bảo vệ môi trường cấp thiết.
Thử thách trong quá trình thử nghiệm
Nhà máy thí nghiệm mà các nhà khoa học ở Biasca nhỏ hơn nhiều so với phiên bản thương mại được lên kế hoạch. Nó có một cần cẩu một tay, cao 20 mét, có thể nâng các khối nặng 500 kg mỗi chiếc. Nhưng nó làm được gần như tất cả những thứ mà người anh em toàn diện của nó, thứ mà công ty đang tích cực tìm cách bán ngay bây giờ, sẽ làm.
Robert Piconi đã dành mùa hè này để đi thăm các nước ở Châu Phi và Châu Á. Giám đốc điều hành của Energy Vault rất vui mừng khi tìm được khách hàng cho các nhà máy của mình ở những nơi đó trên thế giới. Công ty khởi nghiệp cũng có một nhóm bán hàng ở Mỹ và hiện có đơn đặt hàng xây dựng các đơn vị thương mại đầu tiên vào đầu năm 2019. Công ty sẽ không chia sẻ chi tiết về các đơn đặt hàng đó, nhưng các đặc điểm độc đáo của giải pháp lưu trữ năng lượng có nghĩa là chúng tôi có thể thực hiện một dự đoán khá thông minh về các dự án sẽ như thế nào.
Các chuyên gia về lưu trữ năng lượng phân loại rộng rãi việc lưu trữ năng lượng thành ba nhóm, phân biệt theo lượng năng lượng lưu trữ cần thiết và chi phí lưu trữ năng lượng đó.