Làm ra điện từ nước thải

Trần Việt Hùng (trái) và Lê Hoàng Minh (phải) đang thuyết trình về mô hình tái tạo năng lượng từ nước thải - Ảnh: Lê Thanh Tái tạo năng lượng từ nước thải, đề tài đoạt giải nhì cuộc thi Sáng tạo trẻ do Thành Đoàn vừa tổ chức đã thuộc về đôi bạn Lê Hoàng Minh và Trần Việt Hùng - HS lớp 12 trường THPT chuyên Lê Hồng Phong TP.HCM. Tại sao chúng ta phải tốn năng lượng để bơm nước lên các tòa nhà cao tầng, chung cư rồi sau khi sử dụng, nước thải lại chảy xuống lòng đất mà không tạo ra một chút năng lượng nào? Trăn trở từ câu hỏi đó, Minh và Hùng đã nảy ra ý tưởng xây dựng hệ thống thủy điện mini bằng cách lắp đặt các tua bin ngay dưới đường ống thoát nước thải tại các tòa nhà cao tầng, căn hộ chung cư. Như vậy, thế năng của nước thải ở những tầng trên cao đổ xuống làm quay tua bin, từ đó sinh ra điện. Minh cho biết: “Tổ hợp tua bin mà tụi em lắp vào phía dưới đường ống nước thải giống như những tua bin lắp đặt tại các công trình thủy điện vậy. Nhưng khi được áp dụng trong thực tế nó sẽ tái tạo một phần năng lượng không nhỏ”. Tùy vào quy mô của hệ thống nước thải mà lượng điện thu được sẽ nhiều hay ít. Lượng điện thu được có thể dùng chung cho các hoạt động của chung cư như bơm nước từ dưới đất lên các tầng cao hoặc nạp vào các thiết bị dự trữ điện để sử dụng khi cúp điện. Theo tính toán của hai bạn, nếu áp dụng mô hình này tại một chung cư cao 10 tầng, có 40 hộ sinh sống thì có thể tiết kiệm được 30 triệu đồng tiền điện trong một tháng. Nhu cầu sử dụng năng lượng của con người ngày một tăng cao, vì vậy đòi hỏi chúng ta phải luôn suy nghĩ để tìm ra những nguồn năng lượng mới, đáp ứng nhu cầu bức thiết đó. Hùng chia sẻ: “Trong công cuộc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế, con người đã biết tận dụng nguồn năng lượng sạch từ nước. Tuy nhiên, đến thời điểm hiện nay các nhà máy thủy điện chỉ được ứng dụng ở hạ lưu các con sông. Trong khi đó, nhiều nguồn nước với áp lực rất mạnh lại bị bỏ qua. Mà cụ thể là hệ thống nước thải của các tòa nhà cao tầng”. Do sử dụng nguồn nước thải để làm thủy điện nên hai bạn đã làm thêm bộ phận lọc rác trước khi cho nước đổ vào tua bin. “Ngoài các tòa nhà cao tầng, chúng ta còn có thể lắp đặt tua bin tại các đường ống thoát nước thải của thành phố để áp dụng cho mô hình thủy điện mini. Nếu làm được điều này thì sẽ thu được một lượng điện rất lớn, góp phần giải quyết bài toán thiếu điện của thành phố trong mùa cao điểm”, Minh cho biết thêm.

Trung Quốc xây đô thị siêu sạch

Người dân trong đô thị sinh thái của Trung Quốc có thể uống nước từ vòi, di chuyển trên các phương tiện giao thông không xả khí thải.

Mô hình thành phố sinh thái gần Thiên Tân. Ảnh: AFP.

AFP cho biết, thành phố sinh thái của Trung Quốc được xây trên khu đất không thể trồng trọt do nhiễm mặn gần thành phố cảng Thiên Tân và có diện tích 30 km2. Quá trình xây dựng sẽ diễn ra trong ít nhất 10 năm.

Các nhà thầu hy vọng thành phố sinh thái của họ sẽ là hình mẫu của một loại đô thị siêu sạch, được quy hoạch tốt và phát triển bền vững.

“Chúng tôi hy vọng thành phố sinh thái mới sẽ tác động tới những nước láng giềng”, Goh Chye Boon, tổng giám đốc điều hành tập đoàn đầu tư và phát triển đô thị sinh thái Thiên Tân, phát biểu.

Chính phủ Trung Quốc và Singapore hợp tác với nhau về tài chính và kỹ thuật để xây dựng thành phố sinh thái. Theo kế hoạch thành phố sẽ có 350.000 dân với cơ sở hạ tầng toàn diện như trường học, bệnh viện và các khu thương mại.

Một xe tải tiến vào công trường xây dựng đô thị sinh thái gần thành phố Thiên Tân vào ngày 15/9. Ảnh: AFP.

Nhiều công ty nước ngoài, như Hitachi (Nhật Bản) và Philips (Hà Lan), sẽ cung cấp công nghệ sạch cho thành phố. Các tòa nhà sẽ có tường cách âm và được lắp cửa sổ có khả năng nhận nhiều ánh sáng để tiết kiệm điện.

Gần hai phần ba rác thải của dân sẽ được tái chế. 20% điện trong thành phố sẽ được sản xuất từ các nguồn tài nguyên vô tận và không gây ô nhiễm môi trường như gió và ánh sáng mặt trời.

Sau khi được xử lý, nước thải sẽ chảy theo các kênh để vào một hồ. Người dân có thể lấy nước trong hồ để sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày.

“Đô thị sinh thái trở thành nhu cầu cần thiết bởi Trung Quốc đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng trong các thành phố”, ông Hiroaki Suzuki - một chuyên gia hàng đầu về tài chính, kinh tế và phát triển đô thị của Ngân hàng Thế giới – nhận xét. Ngân hàng Thế giới là tổ chức hỗ trợ dự án đô thị sinh thái của Trung Quốc.

Giới chức cao cấp của Trung Quốc hy vọng đô thị sinh thái sẽ giúp họ giải quyết tình trạng số dân đô thị tăng quá nhanh. Kể từ khi Trung Quốc thực hiện cải cách kinh tế cách đây hơn 30 năm, dân số đô thị nước này đã tăng với tốc độ cao nhất trong lịch sử do vài trăm triệu người di chuyển ra thành phố để tìm kiếm cơ hội.

Đài truyền hình Trung Quốc cho biết, để đáp ứng nhu cầu của cư dân thành phố, Trung Quốc phải đầu tư tới 3,6 nghìn tỷ USD vào cơ sở hạ tầng

Trại phong năng lớn nhất thế giới ngoài khơi

Trông như một đội quân với hàng ngũ chỉnh tề, đó chính là những turbin khai thác phong năng được lắp đặt trong cánh đồng gió lớn nhất thế giới. Cánh đồng gió ngoài biển Bắc này được đặt tên là Thanet với hơn 100 turbin. Trong điều kiện sức gió phù hợp chúng có thể tạo ra 300 MW, lượng điện năng dư sức cung cấp cho một thành phố nhỏ. Với Thanet, nước Anh trở thành quốc gia đứng đầu thế giới về việc khai thác phong năng ngoài biển. Tính đến nay tổng lượng điện gió mà nước Anh khai thác đạt 5 GW đủ sức cung cấp cho 3 triệu hộ gia đình. Theo báo Daily Mail, Thanet là một trong những dấu nhấn thể hiện quyết tâm của Chính phủ Anh đối với việc khai thác nguồn năng lượng sạch, tái sinh. Theo đó, trong một thập niên tới nước Anh sẽ có tổng cộng 10.000 chiếc turbin gió được lắp đặt cả trên đất liền lẫn ngoài khơi. Theo dự kiến, nguồn năng lượng sạch sẽ chiếm 1/3 tổng nguồn năng lượng của nước Anh vào năm 2020. Tuy nhiên, cũng có ý kiến cho rằng việc này quá tốn kém và nước Anh lệ thuộc quá nhiều vào phong năng. Thậm chí có ý kiến cho rằng những chiếc turbin gió làm ảnh hưởng cảnh quan môi trường. Các chiếc turbin thuộc cánh đồng gió Thanet nằm trải dài đến 7,5 dặm và chúng sẽ hiển thị rõ ràng cho du khách ngắm vào những ngày đẹp trời. Mỗi chiếc turbin này nhô cao trên mặt nước 116m và phần chìm dưới lòng biển là 25m

Lá nhân tạo sinh điện

Lá cây đã được mô phỏng để chế tạo thiết bị quang năng dạng keo nước - Ảnh: Khang Huy Các nhà khoa học đã chế tạo một thiết bị quang năng dạng keo nước - gọi là “lá nhân tạo” - có thể hoạt động như pin mặt trời. Thiết bị mô phỏng tự nhiên này được đánh giá là ít tốn kém và thân thiện với môi trường hơn pin mặt trời làm bằng silicon, vốn đang được sử dụng phổ biến. Lá nhân tạo có thành phần là keo nước chứa các phân tử nhạy sáng kết hợp với các điện cực phủ carbon. Các phân tử nhạy sáng trở nên “kích động” khi ánh sáng mặt trời chiếu vào và sản sinh điện năng. Tiến sĩ - Trưởng nhóm nghiên cứu Orlin Velev (Đại học North Carolina, Mỹ) nói cơ chế này tương tự như cách kích thích tổng hợp đường để sinh trưởng ở phân tử thực vật. Cũng theo ông Velev, nhóm nghiên cứu - bao gồm cả một số chuyên gia thuộc Đại học Chung-Ang (Hàn Quốc) - hy vọng sẽ tìm ra phương thức chế tạo những vật liệu tương tự như thứ mà thiên nhiên sử dụng để tạo ra năng lượng từ mặt trời. So với phương pháp tổng hợp phân tử nhạy sáng, những sản phẩm có nguồn gốc từ tự nhiên - như chất diệp lục - dễ dàng tích hợp vào các thiết bị nói trên nhờ cấu trúc ma trận keo nước (water-gel matrix) của chúng. Hiện tại, nhóm đang thực hiện tinh chỉnh các thiết bị quang điện bằng nước, giúp chúng trở nên giống với lá thật hơn. Bước tiếp theo này là nhằm mô phỏng cơ chế tự tái sinh của thực vật. Tuy nhiên, thách thức ở đây là phải thay đổi chất liệu keo nước và các phân tử nhạy sáng để nâng cao hiệu quả hoạt động cho pin mặt trời. Nhóm cho biết nếu làm được điều này, tương lai các mái nhà sẽ được bao phủ bởi các lớp pin mặt trời - lá nhân tạo mô phỏng cơ chế sinh điện năng của thực vật. Hiện tại, việc ứng dụng công nghệ mới này vẫn chưa được quảng  bá rộng rãi do hiệu suất hoạt động của pin vẫn còn thấp. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tin rằng các khái niệm sinh học về thiết bị điện năng dạng “mềm” trong tương lai sẽ là một nguồn thay thế những công nghệ dạng “cứng” hiện nay.

'Bón phân' cho biển Việt Nam?

Bộ Tài nguyên và Môi trường đang nghiên cứu khả năng rải bột sắt - thường được biết đến như biện pháp kích thích sự phát triển của thực vật dưới biển - lên bề mặt biển Việt Nam. Thông tin này được tiến sĩ Nguyễn Chu Hồi, Phó Tổng cục trưởng Tổng cục biển và hải đảo, thuộc bộ nói trên, cho biết hôm qua. Trên thế giới, việc rải bột sắt lên biển được gọi là “bón phân” cho đại dương (ccean fertilizing), nhằm phục hồi vành đai xanh, kích thích sự phát triển của thảm thực vật dưới biển, bao gồm hệ thực vật phù du, rong biển, thảm cỏ biển, rừng ngập mặn. Rải bột sắt lên bề mặt biển để kích thích sự phát triển của thực vật phù du và thu giữ lượng CO2 trong khí quyển. Ảnh: ĐH Portsmouth/Sciencedaily Theo ông Hồi, nếu kết quả nghiên cứu khả năng này là tốt, sẽ đề nghị áp dụng cho Việt Nam trong thời gian sớm nhất. Giai đoạn thử nghiệm nên áp dụng thử với cỏ biển, rong biển. Vì bên cạnh ý nghĩa môi trường, còn có ý nghĩa kinh tế, như rong biển là đối tượng xuất khẩu của thủy sản; cỏ biển có thể làm phân bón, thảm, đệm. Theo các nhà khoa học trên thế giới, thực vật phù du hàng năm đã giúp giảm hơn 50 tỷ tấn cacbon thông qua việc hấp thụ khí cacbonic (CO2), một loại khí góp phần gây nên hiện tượng nóng lên của trái đất. Hệ sinh thái đại dương có thể thu giữ lượng cacbonnic đến 30%. Các nhà khoa học đã nghiên cứu thử nghiệm ở Nam Cực về việc “bón phân” cho đại dương, bằng việc rải một số dạng đồng vị sắt, nhôm lên bề mặt. Kết quả cho thấy, vi chất sắt thực sự có tác dụng thúc đẩy sự sinh sôi của thực vật phù du. Tuy nhiên ông Hồi lưu ý rằng việc bón phân cho đại dương cũng có thể có những hệ quả phụ, như làm phát triển quá mức hệ phù du, bùng phát tảo độc. Vì thế biện pháp “bón phân” cho đại dương đang gây nhiều tranh cãi cho giới khoa học. Nhiều nhà khoa học cho rằng sự tích tụ của sắt dưới đại dương đã kích thích sự phát triển của tảo và những sinh vật phù du khác phù du khác. Những sinh vật này hấp thu khí CO2 để phát triển, và như vậy có lợi cho bầu khí quyển của chúng ta. Nhưng một số nhà khoa học khác lại chỉ ra rằng, chính sự bổ sung sắt vào đại dương có thể kích thích tảo tạo ra một chất độc với thần kinh. Các loài nguyễn thể và một số động vật khác khi ăn tảo vào sẽ bị nhiễm độc.