Không cần Lithium, thế giới sẽ lưu trữ năng lượng sạch thế nào?

Sự phát triển nhanh của năng lượng tái tạo kéo theo nhu cầu lưu trữ điện ngày càng lớn, từ những hệ thống đủ cấp điện cho hàng trăm nghìn hộ gia đình đến viên pin nhỏ gắn trên động vật.

Bên cạnh pin lithium-ion, các nhà khoa học đang thử nghiệm không khí hóa lỏng, muối nóng chảy, cát và thậm chí mồ hôi người. Những công nghệ này có thể giảm phụ thuộc vào lithium, cobalt và nickel, đồng thời mở rộng khả năng lưu trữ năng lượng cho nhiều lĩnh vực.

Không khí hóa lỏng

Cuối năm 2025, dự án lưu trữ năng lượng Carrington khởi công trên khu đất từng là nhà máy nhiệt điện than ở Trafford, Anh. Công trình được kỳ vọng góp phần thúc đẩy quá trình “tái công nghiệp hóa” vùng Đại đô thị Manchester.

Hệ thống lưu trữ năng lượng bằng không khí lỏng của Highview Power tại Greater Manchester. (Ảnh: Highview Power)

Dự án do công ty khởi nghiệp Highview Power phát triển, sử dụng điện tái tạo dư thừa để làm lạnh không khí xuống âm 196°C. Ở nhiệt độ này, không khí chuyển thành chất lỏng với thể tích chỉ bằng 1/700 trạng thái ban đầu và có thể được lưu giữ trong nhiều giờ, nhiều ngày hoặc nhiều tuần.

Khi nguồn điện tái tạo suy giảm và giá điện tăng, không khí lỏng được chuyển trở lại trạng thái khí. Quá trình giãn nở nhanh làm quay turbine để phát điện mà không tạo ra khí thải như nhà máy điện khí.

Dự án Carrington từng nhiều lần trì hoãn nhưng dự kiến vận hành cuối năm nay. Hệ thống có dung lượng 300 MWh, công suất 50 MW và có thể phát điện liên tục trong 6 giờ, đủ đáp ứng nhu cầu của gần nửa triệu hộ gia đình.

Muối nóng chảy

Nếu dự án tại Manchester lưu trữ năng lượng ở nhiệt độ âm, hệ thống Crescent Dunes trên sa mạc Nevada, Mỹ, lại áp dụng cách ngược lại.

Khoảng 10.000 tấm gương tập trung ánh nắng để nung nóng hỗn hợp kali nitrat và natri nitrat trong bể chứa lên 560°C. Hệ thống đã khai thác năng lượng mặt trời theo cách này suốt 10 năm.

Muối có thể giữ nhiệt trong 10 giờ sau khi Mặt Trời lặn. Khi cần phát điện, lượng nhiệt tích trữ được dùng để tạo hơi nước, làm quay turbine. Công nghệ này về cơ bản chuyển điện sạch thành nhiệt và lưu giữ trong muối nóng chảy.

Dự án Crescent Dunes ở Nevada sử dụng muối nóng chảy để lưu giữ năng lượng mặt trời. (Ảnh: Getty Images)

Pin muối nóng chảy còn được sử dụng làm nguồn điện cho nhiều loại tên lửa dẫn đường và vũ khí hạt nhân hiện đại. Ở trạng thái chờ, chúng hoạt động như “pin dự phòng”, giữ năng lượng cho đến khi sức nóng sinh ra lúc vũ khí được phóng kích hoạt quá trình phát điện.

Công nghệ này cũng được kỳ vọng hỗ trợ giảm phát thải trong công nghiệp nặng. Đầu năm 2026, Đan Mạch công bố dự án pin muối nóng chảy dung lượng 1 GWh, có thể giữ năng lượng sạch trong hai tuần bằng cách nung muối lên khoảng 600°C.

Khi cần sử dụng, muối nóng được tuần hoàn qua thiết bị tạo hơi nước nhiệt độ cao. Nguồn hơi này có thể đưa trực tiếp vào các quy trình sản xuất công nghiệp.

Cát

Điện tái tạo không chỉ có thể tích trữ dưới dạng nhiệt trong muối mà còn trong cát.

Tại thị trấn Pornainen, miền nam Phần Lan, hàng nghìn tấn cát được dùng lưu giữ nhiệt để sưởi ấm trường học, thư viện và tòa thị chính. Công nghệ có thể giúp địa phương loại bỏ hoàn toàn dầu khỏi mạng lưới sưởi, đồng thời giảm khoảng 60% lượng dăm gỗ tiêu thụ.

Thị trấn Pornainen ở Phần Lan sử dụng cát để lưu trữ năng lượng sạch dưới dạng nhiệt. (Ảnh: Polar Night Energy)

Hệ thống lưu trữ năng lượng cát sử dụng khoảng 2.000 tấn đá xà phòng nghiền nhỏ, cung cấp công suất nhiệt 1 MW và dung lượng lưu trữ 100 MWh. Công trình cao khoảng 13 m, rộng 15 m.

Vào mùa hè, lượng nhiệt tích trữ có thể đáp ứng nhu cầu của Pornainen trong gần một tháng. Con số này vào mùa đông là khoảng một tuần.

Điện từ mồ hôi

Ở quy mô nhỏ hơn, các nhà khoa học tại Đại học Khoa học Tokyo, Nhật Bản, đang nghiên cứu cách sử dụng mồ hôi người để cấp điện cho thiết bị đeo.

Pin nhiên liệu sinh học dạng miếng dán sử dụng mồ hôi để tạo điện cho thiết bị đeo. (Ảnh: Đại học Khoa học Tokyo)

Phần lớn thiết bị đeo cần những viên pin nhỏ để vận hành cảm biến. Tuy nhiên, pin khiến sản phẩm dày và nặng hơn, đồng thời phải sạc thường xuyên. Nhóm nghiên cứu muốn biến chính cơ thể người thành nguồn cung năng lượng liên tục để khắc phục hạn chế này.

Họ phát triển một miếng dán mỏng có thể tạo điện trực tiếp từ mồ hôi. Thiết bị sử dụng pin nhiên liệu sinh học chứa enzyme để thu nhận các hợp chất hóa học, đặc biệt là lactate tiết ra từ mồ hôi.

Khi mồ hôi tiếp xúc với pin, enzyme trong miếng dán kích hoạt phản ứng sinh hóa và giải phóng electron, từ đó tạo ra dòng điện.

Công nghệ không cần nguồn cấp điện bên ngoài và có thể hoạt động khi người dùng đi bộ, tập thể dục hoặc thực hiện các công việc thường ngày.

(Nguồn: The Guardian )