Kim loại lạ hút ánh sáng mặt trời !

Các nhà khoa học Mỹ vừa phát hiện một loại vật liệu có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời, lưu giữ năng lượng dưới dạng nhiệt, rồi giải phóng khi cần thiết. Vật liệu đặc biệt này là các phân tử fulvalene diruthenium, được tạo ra từ ruthenium, nguyên tố kim loại hiếm vốn có giá trị rất cao. Khi nhận ánh sáng mặt trời, những phân tử này chuyển sang một trạng thái bán ổn định, an toàn, đồng thời giữ lại nhiệt lượng trong thời gian không giới hạn. Cơ chế trên mở ra hướng tiếp cận khác với các thiết bị năng lượng mặt trời hiện nay, vốn chủ yếu biến ánh sáng thành điện năng hoặc nhiệt năng. Những hệ thống thông thường thường phải sử dụng năng lượng ngay sau khi thu được, bởi khả năng lưu trữ phần năng lượng dư thừa vẫn còn nhiều hạn chế. Nếu được phát triển thành công, fulvalene diruthenium có thể hoạt động giống một loại nhiên liệu đặc biệt, được nạp bằng ánh sáng mặt trời rồi sử dụng sau đó. Khi cần lấy lại năng lượng, một chất xúc tác sẽ đưa các phân tử trở về trạng thái ban đầu, đồng thời giải phóng toàn bộ nhiệt lượng đã tích trữ. Nguồn nhiệt này có thể dùng để sưởi ấm phòng, cung cấp nhiệt cho nhiều mục đích khác, thay vì chỉ tạo điện như các tấm pin mặt trời. Nhiệt độ sinh ra trong quá trình giải phóng năng lượng có thể đạt tới 200 độ C, mức nhiệt đáng kể đối với những ứng dụng dân dụng. Các nhà nghiên cứu gọi đây là phương pháp nhiệt hóa học, được đánh giá có hiệu quả cao hơn nhiều hệ thống khai thác năng lượng mặt trời thông thường. Jeffrey Grossman thuộc Học viện Massachusetts, người đứng đầu chương trình nghiên cứu, cho rằng ưu điểm lớn nằm ở khả năng sử dụng nhiệt đúng thời điểm. Theo cách này, năng lượng không bị mất đi khi chưa cần dùng, mà được bảo quản như nhiên liệu đốt, rồi giải phóng ổn định khi người sử dụng yêu cầu. Người dùng có thể đặt loại nhiên liệu này dưới ánh nắng để nạp năng lượng, lấy nhiệt khi cần, sau đó tiếp tục nạp lại nhiều lần. Cách vận hành tuần hoàn ấy khiến công nghệ trở nên hấp dẫn, đặc biệt trong những thời điểm ánh nắng dồi dào nhưng nhu cầu sử dụng năng lượng thấp. Tuy nhiên, phát hiện vẫn chưa lập tức trở thành giải pháp thương mại, vì vật liệu cốt lõi hiện có nguồn cung rất hạn chế trên thị trường. Fulvalene diruthenium được tạo ra từ ruthenium, một nguyên tố hiếm, đắt tiền, khiến chi phí sản xuất và triển khai công nghệ khó giảm trong thời gian ngắn. Ruthenium hiện chỉ được khai thác khoảng 12 tấn mỗi năm trên toàn thế giới, sản lượng quá nhỏ nếu muốn phục vụ ngành năng lượng quy mô lớn. Ngoài sự khan hiếm tự nhiên, ruthenium còn là sản phẩm phụ của quá trình phản ứng phân hạch hạt nhân, nguồn cung vốn không dễ mở rộng. Đặc điểm này càng đẩy giá ruthenium lên cao, khiến những phân tử có khả năng lưu trữ nhiệt mặt trời hiện chưa phù hợp với sử dụng đại trà. Dẫu vậy, giá trị quan trọng của nghiên cứu không chỉ nằm ở chính fulvalene diruthenium, mà còn ở nguyên lý lưu trữ và giải phóng năng lượng được chứng minh. Một khi nguyên lý ấy được hiểu rõ, các nhà khoa học có thể tìm kiếm vật liệu tương tự, sử dụng những nguyên tố phổ biến hơn và rẻ hơn. Những vật liệu thay thế trong tương lai cần giữ được khả năng hấp thụ ánh sáng, lưu trữ nhiệt lâu dài, giải phóng hiệu quả, đồng thời bảo đảm an toàn. Nếu vượt qua bài toán vật liệu và chi phí, công nghệ nhiệt hóa học này có thể bổ sung khả năng lưu trữ cho các hệ thống năng lượng mặt trời hiện nay. Khi đó, ánh nắng ban ngày không chỉ tạo ra điện hoặc nhiệt tức thời, mà còn trở thành nguồn năng lượng dự trữ cho những thời điểm cần thiết.