Nhu cầu chuyển đổi nhanh sang năng lượng sạch đang tạo điều kiện cho những phát triển mới trong lĩnh vực tái tạo. Các doanh nghiệp và các ngành công nghiệp đang hướng tới năng lượng tái tạo để giảm lượng khí thải, hạ giá thành năng lượng và nâng cao tính thân thiện với môi trường.

Những xu hướng chính trong lĩnh vực tái tạo bao gồm số hóa, tích hợp hiệu quả năng lượng và các giải pháp khắc phục tình trạng gián đoạn trong sản xuất năng lượng tái tạo.
Sau Quang điện tiên tiến và Trí tuệ nhân tạo và Dữ liệu lớn được giới thiệu trong số tuần trước, dưới đây là 4 xu hướng tiếp theo trong phát triển năng lượng tái tạo.

3. Hệ thống lưu trữ năng lượng phân tán

DESS nội địa hóa việc sản xuất và lưu trữ năng lượng tái tạo, khắc phục tình trạng bất thường trong sản xuất. Dựa trên các yêu cầu kinh tế và các yêu cầu khác, các công ty khởi nghiệp cung cấp một loạt các giải pháp có pin và không dùng pin. Ví dụ: flow battery (sử dụng chất lỏng để lưu trữ năng lượng pin) sử dụng năng lượng thấp và ổn định, trong khi pin thể rắn có trọng lượng nhẹ và cung cấp mật độ năng lượng cao. Đối với các ứng dụng cần năng lượng lớn, trong thời gian ngắn, tụ điện và siêu tụ điện cũng được sử dụng. Do những lo ngại liên quan đến vấn đề xả thải, an toàn và ô nhiễm môi trường, các công ty khởi nghiệp đang nghĩ ra các giải pháp lưu trữ thay thế không dùng pin như công nghệ thủy điện được bơm và khí nén. Mặt khác, năng lượng dư thừa được chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác như nhiệt năng hoặc mêtan để lưu trữ và chuyển đổi lại thông qua công nghệ Power-to-X (P2X).
Green-Y Energy cung cấp Bộ tích trữ năng lượng cơ học

Công ty khởi nghiệp Green-Y Energy của Thụy Sĩ cũng đang phát triển công nghệ lưu trữ năng lượng khí nén. Bằng cách tăng mật độ năng lượng trong khi tăng gấp đôi nhiệt lượng và chiết xuất lạnh, công ty khởi nghiệp tìm cách giảm thể tích lưu trữ cần thiết, đồng thời cung cấp nhiệt lượng và làm mát cho mục đích sử dụng trong gia đình. Quá trình này cũng bền vững vì nước là chất lỏng hoạt động duy nhất. Ngoài ra, khí nén này được lưu trữ trong các bình áp suất thương mại bền và có giá thành rẻ. Do đó, điều này cho phép các nhà quản lý tòa nhà và chủ nhà tích hợp vào các hệ thống năng lượng tái tạo.

MGA Thermal sản xuất vật liệu tích trữ năng lượng nhiệt

MGA Thermal là công ty khởi nghiệp của Úc, cho phép lưu trữ năng lượng nhiệt. Miscibility Gap Alloys là một sản phẩm của công ty khởi nghiệp này, có một đầu tiếp xúc với pha tan chảy và một đầu tiếp xúc với pha rắn. Trong ứng dụng nhiệt, thành phần pha tan chảy dự trữ năng lượng, trong khi thành phần pha rắn phân bổ nhiệt nhanh chóng. Kết quả cho thấy kết cấu khối mô-đun thể hiện khả năng lưu trữ năng lượng cao ở nhiệt độ không đổi. Hơn nữa, các vật liệu và thiết bị ngăn được sử dụng có thể tái chế, an toàn, giá cả phải chăng và dễ sử dụng. Tiềm năng lưu trữ năng lượng quy mô lớn của giải pháp này cho phép các công ty tiện ích năng lượng tái tạo có thể cung cấp điện liên tục ngay cả trong giờ cao điểm.

4. Thủy điện

Thủy điện là năng lượng có được do chuyển động của nước. Không giống như năng lượng mặt trời và gió, thủy điện có thể dự đoán được và do đó, đây là nguồn năng lượng đáng tin cậy hơn. Bên cạnh đó, các đập thủy điện, cũng như năng lượng đại dương được khai thác từ thủy triều, dòng chảy và sóng, mang lại mật độ năng lượng cao, đồng thời giảm sự phụ thuộc vào các nguồn thông thường. Những đổi mới sáng tạo trong các nguồn năng lượng tái tạo này thường tập trung vào các bộ chuyển đổi năng lượng và những cải tiến thành phần để thu năng lượng hiệu quả hơn. Trong lĩnh vực thủy điện, các đập thủy điện quy mô nhỏ và xà lan thủy triều cho phép sản xuất năng lượng phi tập trung. Chuyển đổi năng lượng nhiệt đại dương (OETC) khai thác năng lượng thông qua chênh lệch (gradient) nhiệt được tạo ra giữa nước bề mặt và nước sâu. Chỉ có một số ít công ty khởi nghiệp đang chuyển đổi gradient độ mặn, được tạo thành do sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa nước biển và nước sông, thành năng lượng có thể sử dụng được.

Seabased cung cấp Bộ chuyển đổi năng lượng sóng mô-đun (WEC)

Seabased là một công ty khởi nghiệp của Ireland chuyên phát triển các bộ chuyển đổi năng lượng sóng dạng mô-đun. Các WEC này là các phao nổi trên bề mặt được kết nối với các máy phát điện tuyến tính nằm dưới đáy biển. Sóng chuyển động cung cấp năng lượng cho phao do đó tạo ra năng lượng điện.

Thiết bị đóng cắt được cấp bằng sáng chế của công ty khởi nghiệp chuyển đổi năng lượng thành điện năng để sử dụng trên lưới điện. Hơn nữa, WEC có thể chịu được điều kiện khắc nghiệt ngoài biển, cho phép mở rộng công viên sóng linh hoạt với hiệu quả cao. Do đó, các giải pháp của Seabased cho phép các công ty năng lượng ngoài khơi và cộng đồng ven biển địa phương tạo ra năng lượng sóng như một giải pháp thay thế hoặc kết hợp với gió.

Công ty Phát triển Năng lượng Xanh (GED) thiết kế các micro tuabin

Công ty khởi nghiệp GED, Iran cung cấp các micro tuabin để sản xuất thủy điện phân tán từ dòng nước như kênh và sông. Tuabin trống nổi (FDT) của công ty khởi nghiệp bao gồm một bánh xe nước nổi trên dòng nước, bằng cách sử dụng một máng trượt nổi và được neo bằng dây cáp hoặc tay có bản lề.

Quá trình quay của FDT nhờ dòng tạo ra điện. Giải pháp này có chi phí thấp, hiệu quả và đảm bảo tạo ra điện phân tán cho các vùng xa và kém phát triển.

5. Năng lượng gió

Mặc dù là một trong những nguồn năng lượng lâu đời nhất, nhưng bản chất phát triển nhanh chóng của lĩnh vực năng lượng gió khiến nó trở thành một trong những xu hướng chính. Các công ty khởi nghiệp đang tạo ra các tuabin gió ngoài khơi và trên không trung để giảm nhu cầu về năng lượng gió trên đất liền. Những đổi mới trong lĩnh vực này thường tích hợp với các nguồn năng lượng khác như tuabin gió nổi, năng lượng mặt trời hoặc thủy triều. Những tiến bộ không ngừng trong thiết kế khí động học của các cánh quạt đã nâng cao hiệu quả hơn nữa. Các công ty khởi nghiệp cũng phát triển máy phát điện và tuabin hiệu quả để chuyển đổi năng lượng cao. Tính bền vững của vật liệu cánh quạt là một trong những thách thức mà ngành công nghiệp này đang phải đối mặt. Để giải quyết vấn đề, các công ty khởi nghiệp đang tạo ra các công nghệ không cánh và vật liệu nhựa nhiệt dẻo có thể tái chế để sản xuất cánh quạt.
Hydro Wind Energy cung cấp Hệ thống năng lượng lai thủy điện và gió

Có trụ sở tại UAE, Vương quốc Anh và Hoa Kỳ, Hydro Wind Energy cung cấp một hệ thống năng lượng lai. Sản phẩm của công ty khởi nghiệp, OceanHydro, khai thác gió ở độ cao ngoài khơi bằng cách sử dụng diều hoặc cánh quạt gió trục đứng.

Sau đó, kết hợp năng lượng được sản xuất từ gió với năng lượng thu được nhờ áp suất dưới đáy đại dương để thu năng lượng điện chi phí thấp và tích trữ trên quy mô lưới điện. Vì năng lượng dưới đáy biển hoàn toàn có sẵn theo yêu cầu, nên giải pháp kết hợp như vậy đáng tin cậy hơn so với chỉ riêng các hệ thống năng lượng gió ngoài khơi. Điều này cho phép các công ty năng lượng duy trì tải trọng cơ bản liên tục và cao hơn cho lưới điện.

Helicoid nâng cao chất lượng cánh quạt gió

Helicoid là một công ty khởi nghiệp có trụ sở tại Hoa Kỳ, cung cấp cánh quạt chất lượng cao trong quá trình sản xuất quạt gió. Quạt gió cải tiến được tạo ra nhờ những thay đổi về cách xếp chồng và xoay các tấm sợi song song để tạo thành cấu trúc xoắn ốc. Những cánh quạt này có khả năng chống va đập, xói mòn và sự mệt mỏi tốt hơn, đồng thời có độ bền và độ cứng cao hơn. Do đó, sự cải tiến này làm giảm chi phí bảo trì và thời gian ngừng hoạt động cũng như cung cấp các cánh quạt bền vững và tiết kiệm năng lượng cho các cối xay gió quy mô lớn.
6. Năng lượng sinh học

Năng lượng sinh học là một loại năng lượng tái tạo có nguồn gốc từ các nguồn sinh khối. Nhiên liệu sinh học lỏng có chất lượng tương đương với xăng, được pha trộn trực tiếp để sử dụng cho các phương tiện giao thông. Để đạt được chất lượng này, các công ty đã cải tiến quy trình nhiên liệu sinh học và nâng cấp kỹ thuật. Phần lớn các quá trình chuyển đổi nhiên liệu sinh học như hóa lỏng thủy nhiệt (HTL), nhiệt phân, công nghệ plasma, nghiền thành bột và khí hóa sử dụng chuyển đổi nhiệt để thu được nhiên liệu sinh học. Hơn nữa, các kỹ thuật cải tiến như đông lạnh, hydrat, tách tại chỗ và màng được sử dụng để loại bỏ hàm lượng lưu huỳnh và nitơ. Tương tự, quá trình lên men tạo ra cồn sinh học dễ pha trộn trực tiếp với xăng. Quá trình lên men cũng có khả năng chuyển đổi chất thải, ngũ cốc và thực vật thành etanol sinh học, do đó, có khả năng thay đổi nguyên liệu. Mặt khác, nguyên liệu đầu vào có mật độ năng lượng cao dẫn đến chất lượng nhiên liệu tối ưu. Vì lý do này, các công ty khởi nghiệp và các công ty lớn đang xem xét các nguyên liệu cung cấp tảo và vi tảo để sử dụng trong các quy trình chuyển đổi nói trên.

Phycobloom sản xuất dầu sinh học tảo

Phycobloom là một công ty khởi nghiệp của Anh sử dụng phương pháp sinh học tổng hợp để sản xuất dầu sinh học từ tảo. Loại tảo biến đổi gen của công ty khởi nghiệp giải phóng dầu này vào môi trường xung quanh. Vì cùng một loạt tảo được tái sử dụng, nên quá trình này diễn ra nhanh chóng và không tốn kém.

Trên thực tế, tảo chỉ cần không khí, nước và ánh sáng mặt trời để phát triển, công nghệ này cũng khép lại vòng lặp giữa phát thải khí nhà kính và sản xuất nhiên liệu. Do đó, giải pháp của công ty khởi nghiệp làm giảm sự phụ thuộc vào lĩnh vực vận tải nhiên liệu hóa thạch.
Bioenzematic Fuel Cells (BeFC) cung cấp tế bào nhiên liệu sinh học bằng giấy

Công ty khởi nghiệp BeFC của Pháp tạo ra điện bằng hệ thống tế bào nhiên liệu sinh học bằng giấy. Hệ thống này có các điện cực carbon, enzym và vi chất lỏng. Các enzym chuyển đổi glucose và oxy thành điện năng bằng cách sử dụng một vật liệu giấy thu nhỏ. Công nghệ này phù hợp với các ứng dụng tiêu thụ điện năng thấp, như thu thập và truyền dữ liệu cảm biến. Hơn nữa, việc không có nhựa và kim loại làm cho nó trở thành một dạng năng lượng bền vững và không độc hại.

Cục Thông tin KH&CN Quốc gia – Bộ KH &CN

Bản tin “Khởi nghiệp đổi mới sáng tạo”, Số 01.2022 (ntbtra)