Ngày nay, rất nhiều người muốn tận dụng mái nhà của mình để khai thác năng lượng sạch. Bạn chỉ có thể làm điều này khi lắp đặt những tấm pin năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, trong tương lai sẽ có thêm nhiều lựa chọn mới.

Các nhà khoa học Mỹ và Trung Quốc đang phát triển một loại cỏ nano nhân tạo trồng trên mái nhà, giúp bạn khai thác năng lượng sạch, miễn phí cho cả gia đình nhờ sức gió.

Biến mái nhà thành một nhà máy điện gió

Cỏ nhân tạo mà các nhà khoa học sử dụng thực chất là những miếng nhựa mỏng được gắn thẳng đứng trên mái nhà. Chúng sẽ đứng sát nhau và thành dải giống như những hàng domino. Một mặt của miếng nhựa được khắc và gắn vật liệu nano dây. Mặt còn lại được phủ một lớp indium tin oxide (ITO), vật liệu thường được sử dụng làm điện cực cho các pin mặt trời.

Hệ thống mái nhà trồng cỏ này được các nhà khoa học đặt tên là máy phát điện ma sát nano (triboelectric nanogenerator-TENG). Khi có một cơn gió thổi qua mái nhà, các dây nano ở một mặt cỏ sẽ cọ xát vào bề mặt ITO của dải nhựa bên cạnh. Tiếp xúc này cho phép điện tích vượt qua dải nhựa này qua dải nhựa khác. Cứ thế, một dòng điện sẽ được sản xuất nhờ hiệu ứng điện ma sát.

Nhóm nghiên cứu hợp tác giữa Đại học Southwest Jiaotong Trung Quốc và Viện công nghệ Georgia Hoa Kỳ cho biết với nguyên lý sản xuất điện này, năng lượng có thể được khai thác ngay cả tại những địa điểm không khả thi cho lắp đặt tua bin gió.

“So với các tua bin gió, máy phát điện ma sát nano của chúng tôi thu hoạch hiệu quả hơn năng lượng từ những cơn gió đến từ bất cứ hướng nào”, Weiqing Yang đến từ Đại học Southwest Jiaotong, Thành Đô nói.

Giáo sư Zhong Lin Wang, đồng tác giả nghiên cứu tại Viện công nghệ Georgia, Hoa Kỳ

Trong một thử nghiệm, các nhà nghiên cứu lắp đặt 60 dải cỏ nhựa trên một mái nhà, nó đã đủ để cung cấp năng lượng cho 60 đèn LED khi có gió mạnh. Hệ thống được báo cáo là có thể làm việc với những cơn gió nhẹ từ 21km/h. Điểm đạt hiệu suất cao nhất của nó là khi gió đạt vận tốc 100km/h, tương đương với một cơn bão cấp 10.

Sau khi sử dụng các mô hình toán học, Yang cho biết với 300 mét vuông mái nhà được trồng loại cỏ nhân tạo này, nó “dự kiến sẽ cung cấp 7,11 kW điện, đủ để phục vụ cho nhu cầu của một hộ gia đình”.

Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học vẫn nghi ngờ tiềm năng ứng dụng của nghiên cứu này. Fernando Galembeck đến từ Đại học Campinas, Brazil cho biết “Mặc dù khai thác được một lượng điện đáng kể từ sức gió, ngày mà chúng ta trồng loại cỏ này trên mái nhà vẫn còn cách xa thực tế”.

Theo Galembeck, cũng như các phương pháp khai thác năng lượng sạch khác, việc lưu trữ nó là rất quan trọng. Các nhà nghiên cứu phải xây dựng một hệ thống lưu trữ điện từ những cơn gió để sử dụng khi cần thiết.

Bên cạnh đó, vật liệu ITO cũng là một thách thức. Trong khi trong suốt và dẫn điện là điểm mạnh của nó, ITO có độ linh động cơ học kém và giá thành tương đối cao. “Ý tưởng này rất hứa hẹn nhưng họ cần thay đổi các loại vật liệu khác”, Galembeck nói.

Để giải quyết các vấn đề này, Weiqing Yang cho biết nhóm nghiên cứu cũng đang tìm kiếm một giải pháp để lưu trữ năng lượng. Nhược điểm của ITO có thể được khắc phục bằng các tấm polymer PET linh hoạt. Bên cạnh đó, họ cũng sẽ kết hợp hệ thống phát điện của mình với các tấm pin mặt trời. Cải tiến đột phá này sẽ tạo ra một hệ thống hai trong một, nhân đôi khả năng ứng dụng của nó vào thực tế.

Hà Nguyễn (theo GenK/Newscientist, ScienceAlert)