Phương pháp tạo ra điện thông qua quá trình thoát hơi nước của lá sen để phát điện cho các thiết bị nhỏ đang gây xôn xao cộng đồng khoa học.
Tại sao lại chọn tái tạo năng lượng từ quá trình thoát hơi nước?
Điện được tạo ra năng lượng nước được gọi là thủy điện. Phương pháp tạo ra điện năng này ra đời nhờ nguyên lý chuyển động của nước trên bề mặt rắn. Tuy nhiên, các thiết bị tạo năng lượng từ nguồn nước hiện tại đều yêu cầu được cấp nước liên tục và bị hạn chế việc sử dụng ở những khu vực gần sông hoặc đập.
Trong khi đó, quy trình thoát hơi nước tự nhiên ở thực vật, cụ thể là việc nước di chuyển từ rễ lên lá và bốc hơi có thể sẽ trở thành nguồn năng lượng có tiềm năng lớn. Theo các nghiên cứu, hơi nước từ quá trình thoát hơi đóng góp đến 10% độ ẩm trong khí quyển, trong khi đại dương, biển và các nguồn nước khác (hồ, sông, suối) cung cấp phần còn lại. Cứ 0,4 ha cây bắp sẽ thải ra khoảng 11.400-15.100 lít nước mỗi ngày, trong khi một cây sồi lớn có thể thoát hơi 151.000 lít nước mỗi năm.
Được đánh giá là có tiềm năng lớn nhưng quy trình này chưa được khai thác để tạo ra năng lượng. Chính vì vậy, các nhà nghiên cứu đã tận dụng nguyên lý này để tạo ra điện từ lá cây. Lá sen được chọn làm thí nghiệm vì cấu trúc độc đáo của nó, giúp tăng hiệu quả chuyển động và bốc hơi nước. Dựa vào sáng chế này, ước tính, việc thu thập năng lượng thoát hơi nước từ thực vật trên toàn cầu có thể sản xuất 67,5 TWh điện mỗi năm.
Theo tờ South China Morning Post, quy trình sản xuất điện từ thoát hơi nước có thể mang lại những lợi ích về tính bền vững, thân thiện với môi trường và chi phí thấp. Không chỉ vậy, các nhà nghiên cứu còn nhấn mạnh rằng máy phát điện dựa trên sự thoát hơi nước có nhiều ưu điểm hơn so với các hệ thống thủy điện truyền thống như thiết bị đơn giản hơn, chi phí thấp và không cần phụ thuộc vào nguồn nước lớn. Đây cũng có thể là giải pháp năng lượng cho các vùng đất nông nghiệp hẻo lánh mà không cần cơ sở hạ tầng phát triển.
Cơ chế tạo điện từ lá sen
Nhóm nghiên cứu của Đại học Nông lâm Phúc Kiến (Trung Quốc) đã phát triển máy tạo năng lượng thoát hơi nước từ lá sen bằng cách đặt một điện cực lưới titan ở phía trên lá sen làm cực âm và chèn một điện cực kim titan vào cuống lá sen để làm cực dương.
Trong quá trình thoát hơi nước, một gradient thế nước hình thành giữa các lỗ nhỏ trên bề mặt lá sen và rễ sen. Sự chuyển động từ dưới lên trên của hơi nước sẽ tạo ra sự chênh lệch điện thế giữa các điện cực, cho phép tạo ra điện liên tục. Máy phát điện từ lá sen cũng được trình diễn để cấp điện trên các thiết bị điện tử có công suất nhỏ. Máy này được chứng minh là có khả năng tạo ra điện liên tục, “có điện áp mạch hở là 0,25 V và dòng điện ngắn mạch là 50 nA, được khuếch đại hiệu quả trong mạch điện song song lẫn nối tiếp” theo chia sẻ của nhóm nghiên cứu.
Theo nhóm nghiên cứu, hiệu suất của thiết bị này bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Điều kiện trời nắng khiến hơi nước thoát nhanh hơn, đường kính thân cây dày hơn sẽ giúp tăng cường vận chuyển nước, điều này sẽ thúc đẩy sản lượng. Ngược lại, trong môi trường độ ẩm cao hơn, hiệu quả sản xuất của thiết bị sẽ bị giảm.
Nhóm các nhà nghiên cứu cũng nêu bật rằng khi kết nối nhiều cây và lá, có thể hình thành một mạng lưới điện phân tán và tăng sản lượng năng lượng tổng thể. Phát minh về việc tạo ra nguồn điện theo quy trình mới đã mở ra tiềm năng tạo nguồn năng lượng thương mại và có thể được ứng dụng rộng rãi trong năng lượng internet, lưới điện thông minh, internet vạn vật và mạng cảm biến.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tìm hiểu thêm về vai trò của quá trình thoát hơi nước ở cây trong việc phát điện và tích hợp năng lượng thoát hơi nước với các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời và gió.
