Trong một tiệc rượu tại văn phòng, các nhà khoa học Nhật Bản đã bất ngờ có được một phát minh mà họ hy vọng sẽ giúp tạo ra một cuộc cách mạng truyền tải điện điện năng. Các chuyên gia của Viện nghiên cứu vật chất quốc gia ở Tokyo vừa phát hiện ra một hợp chất sắt trở thành chất siêu dẫn sau khi bị n...
Trong một tiệc rượu tại văn phòng, các nhà khoa học Nhật Bản đã bất ngờ có được một phát minh mà họ hy vọng sẽ giúp tạo ra một cuộc cách mạng truyền tải điện điện năng.
Các chuyên gia của Viện nghiên cứu vật chất quốc gia ở Tokyo vừa phát hiện ra một hợp chất sắt trở thành chất siêu dẫn sau khi bị ngấm đẫm dung dịch có cồn như bia, rượu vang và rượu sake - loại rượu truyền thống của Nhật Bản.
Nhóm nghiên cứu của viện, đứng đầu là nhà khoa học Yoshihiko Takano, đã phát hiện điều này khi họ cho những viên hợp chất sắt vào đồ uống có cồn và thấy rằng sau khi ngấm đẫm rượu vang đỏ hoặc các đồ uống có cồn khác trong 24 giờ, hợp chất này trở thành một chất siêu dẫn khi được làm lạnh ở khoảng âm 265 độ C (-445 độ F).
Phương thức truyền tải điện mới, không bị thất thoát.
Các nhà nghiên cứu dự kiến công bố phát hiện này vào cuối năm nay, nhân dịp kỷ niệm 100 năm phát hiện hiện tượng siêu dẫn, giảm tỷ lệ thất thoát điện năng xuống con số không nhờ một số vật chất đặc biệt.
Theo các nhà nghiên cứu nói trên, rượu vang đỏ đứng đầu trong việc tạo ra hiệu quả siêu dẫn, mặc dù chưa có ai hiểu rõ chính xác nó hoạt động như thế nào. Tỷ lệ siêu dẫn cao gấp 7 lần khi hợp chất sắt được ngâm trong rượu vang đỏ, so với ngâm trong nước hay dung dịch ethanol. Con số này cao gấp 4 lần so với ngâm vào rượu vang trắng và cao gấp 3 lần ngâm trong bia, rượu sake hay whisky.
Nhà khoa học Takano cho biết: “Rượu vang càng ngon thì càng có hiệu quả”. Tuy nhiên, ông cũng thừa nhận là vị giác mỗi người một khác nhưng rõ ràng có một mối liên hệ nào đó giữa cảm nhận bằng vị giác với khả năng siêu dẫn.
Nhóm nghiên cứu hy vọng phát hiện trên một ngày nào đó sẽ giúp mở cánh cửa siêu dẫn để giảm thiểu tối đa thất thoát năng lượng điện và sự phụ thuộc của loài người vào nhiên liệu hóa thạch – nguồn nguyên liệu không phải vô tận và là một trong những nguyên nhân gây biến đổi khí hậu.
Khi dòng điện đi qua một chất dẫn điện như đồng hay bạc, một phần điện năng bị biến thành nhiệt năng và tỷ lệ thất thoát này tăng tỷ lệ thuận với khoảng cách truyền điện.
Nhờ nguyên lý siêu dẫn – lần đầu tiên được phát hiện trong thủy ngân vào năm 1911 – điện trở giảm xuống bằng 0 trong một số kim loại khi chúng được làm lạnh xuống gần mức 0 tuyệt đối (tức là -273 độ C, -459 độ F). Hiện tượng này cũng tạo ra một từ trường mạnh - hiệu ứng đã được ứng dụng vào kỹ thuật chụp cộng hưởng từ MRI.
Để đạt tới mức truyền tải điện hoàn toàn không thất thoát điện năng, các dây cáp truyền điện được cho vào các ống làm lạnh bằng khí nitơ hóa lỏng để khiến chúng trở thành siêu dẫn. Nhưng công nghệ này không được ứng dụng rộng rãi trong thương mại do quá phức tạp và tốn kém. Các công ty điện lực chỉ thực hiện một số dự án trọng điểm và quy mô nhỏ.
Tuy nhiên, người ta vẫn mơ ước một ngày nào đó tìm được những vật chất có thể trở thành siêu dẫn ở nhiệt độ bình thường, truyền tải điện không bị thất thoát trên một quãng đường dài.
Nhà khoa học Takano mơ tưởng đến một ngày nào đó “điện năng thu được từ năng lượng Mặt Trời tại sa mạc Gobi (ở Trung Quốc và Mông Cổ) được truyền tải khắp thế giới”. Ông hy vọng có một vành đai dây cáp siêu dẫn đặt dọc xích đạo Trái Đất kết nối với các nhà máy sản xuất điện từ năng lượng Mặt Trời gắn ở nhiều nơi trên thế giới... đưa “điện sạch” đến các khu vực nông thôn vùng sâu vùng xa.
Ông Takano dự định giới thiệu phát minh của mình tại một hội thảo của châu Âu vào tháng 9 tới ở The Hague, gần Leiden – nơi nhà vật lý học Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes đã phát hiện hiện tượng siêu dẫn cách đây 100 năm.
Trong một bữa tiệc rượu tại văn phòng, các nhà khoa học Nhật Bản tình cờ phát hiện mối liên hệ đặc biệt giữa đồ uống có cồn và hiện tượng siêu dẫn. Phát hiện này xuất hiện khi nhóm nghiên cứu thuộc Viện Nghiên cứu Vật chất Quốc gia ở Tokyo thử ngâm những viên hợp chất sắt trong bia, rượu vang, rượu sake cùng nhiều loại đồ uống khác. Kết quả khiến họ bất ngờ: sau khoảng 24 giờ ngấm rượu, hợp chất sắt có thể trở thành chất siêu dẫn khi được làm lạnh xuống gần âm 265 độ C, tương đương âm 445 độ F.
Nhóm nghiên cứu do nhà khoa học Yoshihiko Takano đứng đầu, hướng tới một phương thức truyền tải điện gần như không thất thoát năng lượng. Trong các thí nghiệm, rượu vang đỏ tạo ra hiệu quả rõ rệt nhất, dù các nhà nghiên cứu vẫn chưa hiểu chính xác thành phần nào trong loại đồ uống này tạo nên tác động đặc biệt. Tỷ lệ xuất hiện tính siêu dẫn cao gấp bảy lần khi hợp chất sắt được ngâm trong rượu vang đỏ, so với khi ngâm trong nước hoặc dung dịch ethanol.
Hiệu quả của rượu vang trắng thấp hơn rượu vang đỏ, nhưng vẫn cao gấp bốn lần so với nước hoặc ethanol trong những điều kiện thử nghiệm tương tự. Bia, rượu sake và whisky cũng tạo ra tác động nhất định, với tỷ lệ siêu dẫn cao gấp ba lần so với nước hoặc dung dịch ethanol. Những con số này biến một phát hiện tưởng như vui vẻ trong bữa tiệc thành hướng nghiên cứu nghiêm túc, bởi chúng gợi ý rằng thành phần ngoài ethanol có thể đóng vai trò quan trọng.
Ông Yoshihiko Takano nhận xét rằng rượu vang càng ngon thì hiệu quả tạo siêu dẫn càng lớn, dù chính ông thừa nhận cảm nhận vị giác mỗi người không giống nhau. Mối liên hệ giữa vị ngon được cảm nhận và khả năng tạo siêu dẫn vẫn chưa có lời giải thích rõ ràng, đồng thời cần thêm nhiều thử nghiệm để xác định nguyên nhân hóa học. Vì vậy, rượu vang chưa thể lập tức biến thành nhiên liệu cho lưới điện, nhưng đã mở ra một câu hỏi thú vị về cách xử lý các hợp chất sắt.
Siêu dẫn là hiện tượng trong đó điện trở của một số vật liệu giảm xuống bằng không khi chúng được làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp. Hiện tượng này được phát hiện lần đầu trong thủy ngân vào năm 1911, khi vật liệu tiến gần mức không tuyệt đối, khoảng âm 273 độ C hoặc âm 459 độ F. Khi điện trở bằng không, dòng điện có thể truyền đi mà không biến một phần năng lượng thành nhiệt, khác hẳn dây dẫn thông thường như đồng hoặc bạc.
Trong hệ thống truyền tải hiện nay, điện năng thất thoát tăng theo khoảng cách vì dòng điện đi qua dây dẫn luôn tạo ra nhiệt năng. Nguyên lý siêu dẫn còn tạo ra từ trường mạnh, một đặc tính đã được ứng dụng trong kỹ thuật chụp cộng hưởng từ MRI tại nhiều cơ sở y tế. Tuy nhiên, để duy trì trạng thái siêu dẫn, dây cáp thường phải đặt trong những ống làm lạnh bằng khí nitơ hóa lỏng, khiến hệ thống trở nên phức tạp và tốn kém.
Chi phí cùng yêu cầu kỹ thuật cao khiến công nghệ truyền tải bằng dây siêu dẫn chưa được các công ty điện lực triển khai rộng rãi trong thương mại. Một số dự án trọng điểm, quy mô nhỏ vẫn được thực hiện, trong khi giới khoa học tiếp tục tìm kiếm vật liệu có thể siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn, thậm chí gần điều kiện bình thường. Nếu đạt mục tiêu đó, mạng lưới điện đường dài có thể giảm mạnh thất thoát, đồng thời hạn chế sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, nguồn tài nguyên hữu hạn góp phần gây biến đổi khí hậu.
Ông Takano hình dung một tương lai trong đó điện mặt trời thu được tại sa mạc Gobi, khu vực trải rộng giữa Trung Quốc và Mông Cổ, có thể truyền tới nhiều nơi trên thế giới. Ông kỳ vọng một vành đai cáp siêu dẫn chạy dọc xích đạo sẽ kết nối các nhà máy điện mặt trời, đưa nguồn điện sạch tới cả những vùng nông thôn xa xôi. Phát minh ngâm hợp chất sắt trong rượu dự kiến được giới thiệu tại một hội thảo châu Âu ở The Hague vào tháng 9, gần Leiden, nơi nhà vật lý Hà Lan Heike Kamerlingh Onnes phát hiện hiện tượng siêu dẫn cách đây 100 năm.
