Các nhà khoa học Australia đã chứng minh khả năng tạo ra điện năng từ bức xạ nhiệt hồng ngoại phát ra vào ban đêm, mở ra hướng phát triển mới cho công nghệ năng lượng tái tạo trong tương lai.

Một nhóm nghiên cứu thuộc Đại học New South Wales (UNSW), Australia vừa công bố kết quả nghiên cứu cho thấy điện năng có thể được tạo ra ngay cả khi không có ánh sáng Mặt trời. Công trình được đăng tải trên tạp chí khoa học uy tín ACS Photonics ngày 17/5, đánh dấu một bước tiến đáng chú ý trong lĩnh vực khai thác năng lượng tái tạo.

Theo nhóm nghiên cứu, thay vì tận dụng ánh sáng Mặt trời như các tấm pin quang điện truyền thống, công nghệ mới khai thác bức xạ nhiệt hồng ngoại mà Trái Đất phát ra sau khi hấp thụ năng lượng từ Mặt trời vào ban ngày. Đây là dạng bức xạ tồn tại liên tục nhưng mắt người không thể quan sát được.

Để hiện thực hóa ý tưởng này, các nhà khoa học đã phát triển một thiết bị bán dẫn đặc biệt mang tên đi-ốt bức xạ nhiệt (thermoradiative diode). Thiết bị được chế tạo từ những vật liệu vốn được sử dụng trong công nghệ cảm biến hồng ngoại và thiết bị nhìn đêm. Khi hoạt động, đi-ốt có khả năng thu nhận năng lượng từ bức xạ nhiệt hồng ngoại và chuyển đổi thành điện năng.

Trưởng nhóm nghiên cứu, Ned Ekins-Daukes, cho biết các thiết bị ghi hình nhiệt đã từ lâu cho thấy lượng bức xạ hồng ngoại đáng kể tồn tại trong môi trường về đêm. Tuy nhiên, việc khai thác nguồn năng lượng này để sản xuất điện là một thách thức lớn mà giới khoa học mới bắt đầu tìm được lời giải.

Về nguyên lý, năng lượng từ Mặt trời được Trái Đất hấp thụ vào ban ngày sẽ được phát xạ trở lại không gian dưới dạng bức xạ hồng ngoại khi màn đêm buông xuống. Đi-ốt bức xạ nhiệt tận dụng quá trình này để tạo ra dòng điện. Cơ chế hoạt động của thiết bị có những điểm tương đồng với pin Mặt trời, nhưng diễn ra theo chiều ngược lại. Nếu pin Mặt trời hấp thụ ánh sáng để tạo điện thì đi-ốt bức xạ nhiệt phát ra bức xạ hồng ngoại về phía môi trường lạnh hơn, qua đó tạo ra điện năng nhờ sự chênh lệch nhiệt độ.

Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết bị đã tạo ra điện năng một cách rõ ràng và có thể đo đạc được. Tuy nhiên, công suất hiện nay vẫn còn rất thấp, chỉ bằng chưa tới một phần một trăm nghìn so với lượng điện mà các tấm pin Mặt trời thương mại có thể tạo ra trong điều kiện tương tự.

Dù hiệu suất còn hạn chế, các nhà nghiên cứu đánh giá đây là minh chứng quan trọng cho tính khả thi của công nghệ. Theo nhà khoa học Michael Nielsen, việc kết hợp kinh nghiệm phát triển pin Mặt trời với các vật liệu tiên tiến trong lĩnh vực cảm biến hồng ngoại có thể giúp nâng cao hiệu quả của thiết bị trong tương lai.

Các chuyên gia nhận định, nếu được tối ưu hóa thành công, công nghệ thu năng lượng từ bức xạ nhiệt ban đêm có thể bổ sung cho hệ thống điện mặt trời hiện nay, góp phần kéo dài thời gian phát điện và nâng cao hiệu quả khai thác các nguồn năng lượng tái tạo. Mặc dù còn ở giai đoạn nghiên cứu ban đầu, kết quả này được xem là nền tảng quan trọng cho những thế hệ thiết bị năng lượng mới có khả năng hoạt động cả ngày lẫn đêm.

Theo SHTT