Điện mặt trời, pin Lithium-ion, xe điện và tương lai

1. VinFuture 2023 và Giải thưởng chính 3 triệu USD

Giải thưởng VinFuture 2023 đã xướng tên 11 nhà khoa học với 5 công trình. Ba giải đặc biệt vinh danh các công trình: Phát minh và phổ biến giống lúa kháng bệnh", "Khám phá cơ chế suy giảm tầng ozone ở Nam Cực", "Khám phá vai trò của GLO-1, nền tảng cho phương pháp điều trị tiểu đường và béo phì". Nhưng tôi đặc biệt chú ý đến Giải thưởng Chính. Chú ý không phải bởi đây là giải thưởng cao nhất, hay giá trị của nó cao hơn cả giải Nobel, mà bởi đây đúng là Future – Tương lai của nhân loại.

Tại sao lại là Pin mặt trời? Tại sao lại là Pin Lithium-ion?

Hội đồng Giải thưởng có những tiêu chí của mình để chọn giải. Và tiêu chí cũng được công khai ngay từ khi lập Quỹ VinFuture. Nhưng tôi muốn nhìn nhận Giải thưởng Chính này từ góc nhìn riêng của mình, mà bắt đầu từ xe điện.

2. Biến đổi khí hậu và năng lượng hóa thạch

Một trong những thách thức vô cùng lớn mà nhân loại đang phải đối mặt là biến đổi khí hậu.

Nhưng tại sao khí hậu lại biến đổi? Đó là do trái đất nóng lên.

Tại sao trái đất nóng lên? Do hiệu ứng nhà kính, suy cho cùng là do khí nhà kính.

Tại sao có khí nhà kính? Chủ yếu do sử dụng năng lượng hóa thạch.

Đó là sơ lược ba vấn đề có thể coi là cốt lõi gây ra hiểm họa mà nhân loại phải đối mặt. Truy ngược lại, có nghĩa là muốn hạn chế biến đổi khí hậu thì phải hạn chế sử dụng năng lượng hóa thạch. Rất đơn giản. Nhưng đó là đơn giản trong lời nói, còn làm thì cực kỳ khó. Bởi dự báo đến năm 2040, năng lượng hóa thạch vẫn chiếm tới hơn 70% chỉ riêng cho điện và giao thông.

Mà con người không thể ngừng đi lại. Người ta cũng không thể giảm dùng điện… Thậm chí sự đi lại còn tăng lên, thiết bị điện cũng tăng đến chóng mặt. Kể cả khi thực hiện "xanh hóa" thì lượng điện tiêu thụ càng nhiều.

Vậy giảm khí nhà kính bằng cách nào?

Người ta đã tìm nhiều cách để giảm khí nhà kính. Trong đó có việc sử dụng xe chạy điện thay thế xe chạy xăng, dầu. Lợi ích thì đã rõ, do xe chạy điện không phát thải khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính. Do đó, mấy năm gần đây, cuộc chuyển đổi xanh trong giao thông càng mạnh mẽ với sự phổ biến của xe điện ngày càng rộng, từ xe đạp điện, xe máy điện và nhất là ô tô điện.

Nhưng vấn đề là nguồn điện đó xuất phát từ đâu. Vì nếu vẫn là điện sản xuất từ năng lượng hóa thạch, thì bản chất không thay đổi. Có chăng chỉ là chuyển từ việc phát thải CO2 trong chạy xe sang sản xuất điện mà thôi.

Do đó, nếu muốn giải quyết triệt để thì chỉ "di chuyển xanh" thôi không đủ, mà phải đồng bộ từ nguồn, đó là "năng lượng xanh". Đặc biệt là năng lượng tái tạo, trong đó chủ yếu là điện mặt trời và cụ thể là pin mặt trời.

3. Xe điện và tương lai nhân loại

Điện mặt trời có thể coi là "sạch tuyệt đối". Pin mặt trời cũng đã được phát minh từ thế kỷ 19. Nhưng nó chỉ dừng lại ở thí nghiệm mà thiếu tính ứng dụng. Nguyên nhân do hiệu suất rất thấp và giá thành rất cao. Bởi vì ban đầu, người ta phải sử dụng vàng để làm pin mặt trời. Khi phát hiện ra tính chất quang năng của selen rồi sau đó là silicon (silic), giá thành hạ xuống, pin mặt trời trở nên thực tế hơn. Tuy nhiên, nó vẫn chỉ giới hạn trong một số lĩnh vực. Hơn nữa, pin mặt trời phụ thuộc vào… mặt trời, vì vậy công suất phát điện thay đổi theo thời gian.

Do đó, vấn đề lưu trữ điện là một thách thức lớn nếu muốn nâng cao hiệu suất và tính phổ biến của điện mặt trời. Thậm chí đã từng có ý tưởng lưu trữ điện mặt trời bằng cách chuyển điện năng thành thế năng. Ban ngày điện mạnh và nhiều sẽ dùng động cơ điện kéo một đoàn tàu chất tải lên đỉnh núi. Khi muốn dùng điện sẽ cho đoàn tàu tụt xuống chân núi, dùng công do đoàn tàu sinh ra để quay máy phát điện (?!). Nói thế để thấy, lưu trữ điện mới là vấn đề then chốt. Đặc biệt với xe điện.

Với xe xăng, động cơ là trái tim của xe, thì mấu chốt của xe điện nằm ở pin. Dung lượng pin quyết định độ dài quãng đường xe chạy được trong một lần sạc.

Và, cả hai vấn đề mấu chốt trên đều nằm trong Giải thưởng Chính Vinfuture 2023.

Với việc tiên phong phát triển công nghệ bộ phát thụ động và tiếp điểm phía sau (PERC) giúp nâng cao hiệu suất pin mặt trời, Giáo sư Martin Andrew Green đã mở ra kỷ nguyên sản xuất năng lượng tái tạo hiệu quả, mở đường cho việc sử dụng điện mặt trời một cách rộng rãi và phổ biến. Còn việc phát minh ra pin Lithium-ion và dần hoàn thiện nó, GS Stanley Whittingham, GS Rachid Yazami và GS Akira Yoshin đã biến giấc mơ "di chuyển xanh" thành hiện thực. Đặc biệt, đặt nền móng cho xã hội không dây và không nhiên liệu hóa thạch.

***

Tương lai của nhân loại nằm ở cuộc chuyển đổi xanh. Nhân tố then chốt của chuyển đổi xanh là năng lượng tái tạo, trong đó có nòng cốt là điện mặt trời. Do đó, sẽ không ngoa khi nói rằng, Giải thưởng Chính của VinFuture 2023 chính là Future – Tương lai nhân loại. Bởi không chỉ là vinh danh, đây chính là sự thúc đẩy để việc sử dụng năng lượng mặt trời ngày càng hoàn thiện và phổ biến hơn.

Điều đó không chỉ giúp ngăn chặn biến đổi khí hậu, mà còn mở ra những chân trời sáng tạo mới của loài người, mà có những điều bây giờ chúng ta cũng chưa thể hình dung ra được./.