Phát hiện mới trong chuyển hoá nhiệt thải thành điện năng

08:22, 21/02/2025

Các nhà khoa học Mỹ phát triển thiết bị chuyển hóa nhiệt thải thành điện năng với một tấm kính cách nhiệt trong suốt cùng tia hồng ngoại.

Thiết bị TPV không khe hở chân không

Một tấm kính cách nhiệt trong suốt với tia hồng ngoại cho phép truyền tải năng lượng nhiệt hiệu quả, dẫn đến sự gia tăng đáng kể về công suất đầu ra.

Một nhóm kỹ sư và nhà khoa học vật liệu tại Đại học Colorado Boulder (Mỹ) đã phát triển một thiết bị nhiệt quang điện (thermophotovoltaic - TPV) mới có khả năng chuyển đổi bức xạ nhiệt thành điện năng với hiệu suất cao chưa từng có, thậm chí vượt qua giới hạn lý thuyết.

Thiết bị TPV khe hở không chân không, được thiết kế bởi nhóm nghiên cứu tại Đại học Colorado Boulder (Mỹ). Ảnh: CU Boulder

"Hai phần ba tổng năng lượng mà chúng ta sử dụng bị chuyển hóa thành nhiệt. Hãy nghĩ về việc lưu trữ năng lượng và tạo ra điện mà không cần đến nhiên liệu hóa thạch. Chúng ta có thể thu hồi một phần nhiệt năng bị lãng phí này và sử dụng nó để tạo ra điện sạch" - Phó Giáo sư Longji Cui, Trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết trong một thông cáo báo chí.

Mật độ công suất cao hơn nhờ ‘khe hở chân không bằng không’

Các hệ thống TPV truyền thống, vốn chuyển hóa nhiệt thành điện, bị giới hạn bởi định luật bức xạ nhiệt của Planck.

"Định luật Planck, một trong những nguyên lý nền tảng của vật lý nhiệt, đặt ra giới hạn về lượng nhiệt năng có thể khai thác từ một nguồn nhiệt ở một nhiệt độ nhất định", Cui giải thích.

Tuy nhiên, thiết bị mới của nhóm nghiên cứu tại CU Boulder đã đạt được mật độ công suất cao hơn so với các giới hạn trước đây, qua đó, thay đổi đáng kể cách áp dụng định luật này vào thực tiễn.

"Bằng cách thiết kế một thiết bị TPV độc đáo và nhỏ gọn, có thể cầm gọn trong lòng bàn tay, nhóm nghiên cứu đã vượt qua giới hạn chân không do định luật Planck đặt ra, giúp tăng gấp đôi mật độ công suất so với các thiết kế TPV thông thường", thông cáo báo chí cho biết.

Các thiết bị TPV truyền thống thường dựa vào một khe hở chứa khí hoặc chân không giữa nguồn nhiệt và tế bào quang điện, điều này gây ra tổn thất năng lượng đáng kể và làm giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Nhóm nghiên cứu đã khắc phục hạn chế này bằng cách phát triển một thiết kế TPV mới với "khe hở chân không bằng không" (zero-vacuum gap), loại bỏ hoàn toàn khoảng không gian chứa khí hoặc chân không giữa nguồn nhiệt và tế bào quang điện.

Khả năng mở rộng quy mô nhờ tăng mật độ công suất

Thiết bị mới sử dụng một tấm kính cách nhiệt có khả năng truyền tia hồng ngoại, giúp cải thiện hiệu quả quá trình truyền tải năng lượng nhiệt và tăng đáng kể công suất đầu ra.

"Điều này tạo ra một kênh mật độ công suất cao, cho phép sóng nhiệt truyền qua thiết bị mà không bị suy giảm, từ đó cải thiện đáng kể hiệu suất phát điện," thông cáo báo chí nhấn mạnh.

Khác với các phương pháp trước đây vốn yêu cầu nhiệt độ cực cao để đạt được mức công suất tương đương, thiết bị này có thể hoạt động ở mức nhiệt thấp hơn nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất tối ưu.

Việc sử dụng các vật liệu sẵn có với chi phí thấp, chẳng hạn như thuỷ tinh, cũng là một điểm đáng chú ý trong nghiên cứu này.

Hơn nữa, các nhà nghiên cứu cho biết những vật liệu khác có thể giúp tăng mật độ công suất của thiết bị lên gấp 20 lần.

"Trước đây, khi muốn tăng mật độ công suất, người ta phải tăng nhiệt độ. Ví dụ, từ 1.500°C lên 2.000°C, thậm chí còn cao hơn, điều này không những không khả thi mà còn gây rủi ro an toàn cho toàn bộ hệ thống năng lượng", Cui giải thích.

"Giờ đây, chúng tôi có thể làm việc ở nhiệt độ thấp hơn, phù hợp với hầu hết các quy trình công nghiệp, trong khi vẫn tạo ra mức điện năng tương đương với các thiết bị TPV truyền thống có khe hở tích hợp. Thiết bị của chúng tôi hoạt động ở 1.000°C (1.832°F) nhưng đạt công suất tương đương với các hệ thống trước đây vận hành ở 1.400°C (2.552°F)", Cui lý giải thêm.

Hiệu suất cải tiến này có thể tác động sâu rộng đến nhiều ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất, phát điện và giao thông vận tải. "Thiết bị này có tiềm năng cách mạng hóa các quy trình công nghiệp nhiệt độ cao, chẳng hạn như sản xuất kính, thép và xi măng, bằng cách tạo ra điện rẻ hơn và sạch hơn", thông cáo báo chí kết luận.

Việc tận dụng nhiệt thải để tạo ra điện không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo. 

Link gốc


Theo Báo Công Thương

Share

Công điện số 3433 của EVN về việc tập trung ứng phó nguy cơ mưa lớn, sạt lở đất, lũ quét, ngập lụt và chủ động phòng chống thiên tai trong thời gian tới

Công điện số 3433 của EVN về việc tập trung ứng phó nguy cơ mưa lớn, sạt lở đất, lũ quét, ngập lụt và chủ động phòng chống thiên tai trong thời gian tới

Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) có công điện số 3433/CĐ-EVN ngày 30/5/2025 gửi các đơn vị thành viên của EVN về việc tập trung ứng phó nguy cơ mưa lớn, sạt lở đất, lũ quét, ngập lụt và chủ động phòng chống thiên tai trong thời gian tới.


Thi đua để chung tay xây dựng EVNNPT phát triển bền vững, đột phá trong kỷ nguyên số

Thi đua để chung tay xây dựng EVNNPT phát triển bền vững, đột phá trong kỷ nguyên số

Tổng giám đốc Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia và Ban Thường vụ Công đoàn EVNNPT vừa ban hành Chỉ thị liên tịch số 502/CTLT-CĐEVNNPT-EVNNPT ngày 30/5/2025 phát động hưởng ứng Phong trào thi đua trong giai đoạn 2025-2030.


Công đoàn Điện lực Việt Nam thăm hỏi, động viên người lao động tại các công trình trọng điểm của EVNNPT

Công đoàn Điện lực Việt Nam thăm hỏi, động viên người lao động tại các công trình trọng điểm của EVNNPT

Ngày 30/5, đoàn công tác Công đoàn Điện lực Việt Nam (ĐLVN) do bà Nguyễn Kim Thanh – Phó Chủ tịch Công đoàn ĐLVN làm trưởng đoàn đã đến thăm hỏi, động viên và trao quà cho người lao động đang trực tiếp thi công tại các công trình trọng điểm của Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT).


Công đoàn Điện lực Việt Nam thăm, động viên người lao động thi công trên công trường Nhà máy Thủy điện Hòa Bình mở rộng

Công đoàn Điện lực Việt Nam thăm, động viên người lao động thi công trên công trường Nhà máy Thủy điện Hòa Bình mở rộng

Chiều 29/5, Công đoàn Điện lực Việt Nam (ĐLVN) đã tổ chức đoàn công tác đến thăm, động viên và trao quà cho người lao động đang trực tiếp thi công tại công trường Nhà máy Thủy điện Hòa Bình mở rộng (tỉnh Hòa Bình).


EVNGENCO3: Phấn đấu hằng năm có 120 sáng kiến, giải pháp đổi mới sáng tạo, đề tài khoa học các cấp

EVNGENCO3: Phấn đấu hằng năm có 120 sáng kiến, giải pháp đổi mới sáng tạo, đề tài khoa học các cấp

Ngày 28/5, tại tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Tổng công ty Phát điện 3 (EVNGENCO3) tổ chức Hội nghị điển hình tiên tiến giai đoạn 2020 - 2025; Lễ biểu dương “Người lao động ngành Điện tiêu biểu, An toàn vệ sinh viên giỏi tiêu biểu năm 2025’’ và phát động phong trào thi đua lao động sáng tạo, chương trình sáng kiến trong Tổng công ty giai đoạn 2025-2028.