Từ lâu, các nhà khoa học đã tìm cách chuyển đổi năng lượng của dòng nước rơi này thành điện năng, song máy phát điện từ giọt nước truyền thống gặp nhiều hạn chế như hiệu suất thấp, kết cấu cồng kềnh và khó mở rộng quy mô.

Hướng tiếp cận thân thiện với môi trường

Các nhà nghiên cứu tại Trường ĐH Hàng không và Vũ trụ Nam Kinh (Trung Quốc) đã phát triển một giải pháp mới: máy phát điện từ giọt nước dạng nổi, sử dụng nước tự nhiên như một phần thiết yếu của cấu trúc.

Thiết kế này mở ra hướng tiếp cận nhẹ, rẻ và thân thiện với môi trường hơn đối với năng lượng tái tạo. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí National Science Review.

Ở các thiết bị truyền thống, điện được tạo ra khi giọt mưa va vào một lớp màng điện môi đặt trên nền cứng với điện cực kim loại bên dưới. Dù có thể tạo điện áp hàng trăm volt, chúng phụ thuộc vào vật liệu rắn đắt tiền nên nặng và tốn kém.

Trong khi đó, thiết kế mới giúp thiết bị nổi trực tiếp trên nước. Với hệ thống này, nước đóng vai trò vừa là nền đỡ vừa là điện cực dẫn điện. Việc tích hợp với môi trường tự nhiên giúp giảm khoảng 80% khối lượng vật liệu và 50% chi phí so với các mẫu cũ, trong khi vẫn duy trì công suất điện tương đương.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một máy phát điện nổi có khả năng thu năng lượng điện từ những giọt mưa, sử dụng chính nước như một thành phần cấu trúc và dẫn điện. Ảnh: SciTechDaily.com

Độ bền cũng là điểm mạnh của thiết kế. Các thử nghiệm cho thấy thiết bị vẫn hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau, bao gồm thay đổi nhiệt độ và độ mặn.

Không giống nhiều thiết bị năng lượng dễ suy giảm trong môi trường khắc nghiệt, máy phát điện nổi duy trì hiệu suất nhờ lớp điện môi trơ hóa học và cấu trúc dựa trên nước bền vững.

Nhằm gia tăng tính ổn định, nhóm nghiên cứu tận dụng sức căng bề mặt cao của nước để thiết kế các lỗ thoát cho phép nước chảy xuống nhưng không trào ngược lên, tạo cơ chế tự điều chỉnh loại bỏ nước dư thừa. Điều này ngăn tích tụ nước - yếu tố có thể làm giảm hiệu suất.

Truyền cảm hứng cho nhiều công nghệ xanh mới

Khả năng mở rộng quy mô cũng là điểm hứa hẹn của công nghệ này. Các nhà nghiên cứu đã trình bày một thiết bị tích hợp diện tích 0,3 m² (lớn hơn đáng kể so với các mẫu trước) có thể cấp điện đồng thời cho 50 đèn LED.

Hệ thống cũng có thể sạc tụ điện lên mức điện áp hữu dụng chỉ trong vài phút, cho thấy tiềm năng cấp điện cho thiết bị điện tử nhỏ và cảm biến không dây.

Trong tương lai, các hệ thống như vậy có thể triển khai trên hồ, hồ chứa hoặc vùng ven biển để thu năng lượng tái tạo mà không cần đất.

"Bằng cách để nước đảm nhận vai trò cấu trúc lẫn điện học, chúng tôi mở ra chiến lược mới cho nỗ lực phát điện từ giọt nước: nhẹ, tiết kiệm chi phí và có thể mở rộng. Điều này mở đường cho các hệ thống thủy-điện không cần đất, tạo ra nguồn năng lượng sạch bên cạnh năng lượng mặt trời và gió" - ông Wanlin Guo, thuộc nhóm nghiên cứu, khẳng định.

Tiềm năng của nghiên cứu không chỉ giới hạn ở khía cạnh khai thác năng lượng từ mưa. Vì thiết bị tự nổi trên mặt nước, nó có thể dùng để cấp điện cho các hệ thống giám sát môi trường như cảm biến theo dõi chất lượng nước, độ mặn hoặc ô nhiễm.

Máy phát điện từ giọt nước nổi tích hợp nước mới (W-DEG) sử dụng nước làm điện cực đáy và nền, cho phép ứng dụng không cần đất liền và thúc đẩy khả năng mở rộng. Ảnh: Science China Press

Ở những khu vực nhiều mưa, công nghệ này có thể bổ sung cho lưới điện địa phương hoặc cấp điện cho các khu vực ngoài lưới điện.

Hơn nữa, khái niệm "thiết kế tích hợp với tự nhiên" - dùng vật liệu tự nhiên dồi dào như nước làm thành phần chức năng - có thể truyền cảm hứng cho nhiều công nghệ xanh mới.