Pin nhiệt: Giải pháp thay thế sạch và bền vững cho pin Lithium-Ion

[miro1510]

Cuộc thảo luận về pin điện từ lâu đã tập trung vào pin lithium-ion, loại pin sử dụng tài nguyên lithium trong quá trình phát triển.

Việc triển khai quy mô lớn các loại pin này phụ thuộc vào sự phát triển của các dự án khai thác quy mô lớn để cung cấp lithium cũng như các kim loại và khoáng chất khác cần thiết cho quá trình sản xuất của chúng. Do những hạn chế của các loại pin này, các nhà khoa học đã khám phá khả năng tồn tại của các vật liệu thay thế để chế tạo pin nhằm tăng số lượng các phương án lưu trữ năng lượng. Trong khi một số công ty đang thử nghiệm pin trọng lực thì những công ty khác đang đánh giá tiềm năng của pin nhiệt.

Ngành công nghiệp pin nhiệt đang trong giai đoạn phát triển non trẻ nhưng ngày càng nhận được sự chú ý khi các chính phủ và công ty trên toàn thế giới tìm kiếm các giải pháp xanh thay thế. Những loại pin này hoạt động bằng cách làm nóng một chất để lưu trữ năng lượng nhiệt, có thể chuyển đổi thành nhiệt hoặc điện. Năng lượng từ các nguồn tái tạo, chẳng hạn như trang trại năng lượng mặt trời và gió, có thể được lưu trữ để sử dụng khi năng lượng không được sản xuất tại chỗ, nhằm đảm bảo dòng điện ổn định vào lưới điện.

Theo Pitchbook Venture Capital, các công ty khởi nghiệp về pin nhiệt đã chứng kiến mức định giá trung bình sau huy động vốn của họ tăng đáng kể trong năm qua, cũng như sự tăng trưởng về vốn đầu tư. Ở Mỹ, điều này được hỗ trợ bởi nguồn tài trợ lớn hơn của chính phủ cho công nghệ sạch, được hỗ trợ bởi các khoản giảm thuế và các ưu đãi tài chính khác cho các nhà đầu tư tư nhân. Antora Energy, Fourth Power và Malta là một số công ty chủ chốt trong ngành công nghiệp này của Mỹ hiện nay.

Một công ty của Na Uy, Tập đoàn Kyoto, đang phát triển công nghệ Heatcube, sử dụng các bể thẳng đứng chứa đầy muối. Công ty lắp đặt những bể này ở những nơi cần nhiệt, sạc điện cho chúng. Bình chứa có thể giữ nhiệt ở nhiệt độ lên tới 500 độ C.

Giám đốc điều hành của Kyoto, Bjarke Buchbjerg, giải thích: "Với tất cả sự hào hứng về công nghệ pin dành cho xe điện, mọi người đã quên mất nhu cầu lớn về nhiệt cho các ngành công nghiệp không thể sản xuất từ pin điện. Nhiệt công nghiệp là một vấn đề lớn – chúng ta không thể bỏ qua nó".

Công nghệ tương tự đã được sử dụng trong hơn một thập kỷ ở Tây Ban Nha. Công ty Iberdrola của Tây Ban Nha sử dụng muối nóng chảy để lưu trữ nhiệt có thể thải ra vào lúc hoàng hôn nhằm tạo ra hơi nước có thể chuyển thành điện qua đêm.

Malta, có trụ sở tại Massachusetts, cũng sử dụng muối để trữ nhiệt. Công ty tin rằng công nghệ pin nhiệt có thể bổ sung cho các hình thức lưu trữ năng lượng khác thay vì thay thế chúng để hỗ trợ quá trình chuyển đổi xanh. Lợi ích của việc sử dụng muối là muối được bán rộng rãi và dễ chiết xuất. Muối có khả năng giữ nhiệt tốt và không tạo ra các sản phẩm phụ độc hại. Người ta cũng cho rằng bể chứa muối có thể được sạc lại hàng nghìn lần trong thời gian lên tới 40 năm, lâu hơn khoảng ba lần so với các giải pháp lưu trữ hiện có khác.

Tiến sĩ Robert Barthorpe từ Đại học Sheffield tin rằng: "Muối nóng chảy sẽ là một phần quan trọng trong hỗn hợp năng lượng. Đó là một công nghệ tuyệt vời, cung cấp nhiệt độ cao ở quy mô công nghiệp". Tuy nhiên, muối không phải là chất duy nhất được sử dụng để tích trữ nhiệt. Một công ty ở California, Rondo, đang sử dụng gạch để lưu trữ năng lượng, theo họ chi phí chỉ bằng một nửa lượng pin hydro hoặc pin hóa học xanh. Những viên gạch này có thể được nung nóng đến nhiệt độ cực cao lên tới 1.500oC và có thể lưu trữ năng lượng nhiệt trong nhiều ngày với mức thất thoát dưới 1% mỗi ngày.

Một báo cáo năm 2022 của McKinsey nhấn mạnh những ưu điểm của việc lưu trữ nhiệt. Người ta ước tính rằng sẽ tốn khoảng 65 đến 100 USD cho mỗi megawatt giờ để sản xuất nhiệt hơi từ hydro, khoảng 45 đến 55 USD cho khí đốt với công nghệ thu hồi và lưu trữ carbon, nhưng chỉ từ 15 đến 25 USD cho một máy bơm nhiệt sử dụng bộ lưu trữ nhiệt. Do đó, công nghệ lưu trữ nhiệt có thể giảm đáng kể hóa đơn năng lượng của người tiêu dùng khi chúng trở nên phổ biến hơn.

Tại Vương quốc Anh, chính phủ đã chú ý nhiều hơn đến tiềm năng của pin nhiệt trong những năm gần đây, khi đầu tư 9,25 triệu bảng Anh vào thử nghiệm pin nhiệt của Sunamp vào năm 2022. Công ty đã lên kế hoạch sử dụng số tiền này để thử nghiệm loại pin đầu tiên. công nghệ pin nhiệt tại 100 hộ gia đình trên cả nước.

Sunamp hy vọng hệ thống của họ sẽ thay thế các nồi hơi chạy bằng nhiên liệu hóa thạch bằng máy bơm nhiệt và bộ lưu trữ nhiệt, sẽ cung cấp cả nước nóng và sưởi ấm. Năng lượng đầu vào chủ yếu sẽ đến từ năng lượng gió bên ngoài.

Các công ty khác ở Anh đang khám phá tiềm năng về khí nén và lưu trữ năng lượng không khí lỏng siêu làm mát. Trong khi đó, công ty EnergyNest của Na Uy đang nung nóng một loại bê tông có công thức đặc biệt và Lumenion, một công ty của Đức, đang lưu trữ năng lượng nhiệt lên tới 650oC trong các mô-đun thép. Điều này cho thấy tiềm năng đáng kể của việc lưu trữ năng lượng nhiệt. Đầu tư lớn hơn vào lĩnh vực này có thể sẽ thúc đẩy nhiều đổi mới hơn và dẫn đến việc triển khai công nghệ rộng rãi hơn trên toàn cầu trong những năm tới.