Khám Phá Công Nghệ Sản Xuất Điện Từ Đất Và Phân Hữu Cơ Của Kỹ Sư Nhật Bản

Tại thành phố Hitachiota, nằm giữa những ngọn đồi của tỉnh Ibaraki, Nhật Bản, phòng thí nghiệm Ku-An của kỹ sư Satoshi Nakagawa nổi bật với ánh sáng phát ra từ hệ thống độc đáo của nó.

Không giống như các nguồn điện truyền thống như lưới điện hay năng lượng tái tạo, nguồn điện tại đây được tạo ra từ đất và phân hữu cơ thông qua một hệ thống sáng tạo.

Công nghệ này, được gọi là “thu thập vi năng lượng” (micropower collection – MPC), đã được ông Nakagawa, người đứng đầu công ty Tripod Design, phát triển. Ông tin rằng việc thu thập những dòng điện nhỏ từ các vật liệu tự nhiên có thể là giải pháp cho vấn đề năng lượng trong tương lai.

“Khi dân số thế giới gia tăng tới 10 tỷ người, thách thức về năng lượng sẽ trở nên nghiêm trọng như vấn đề lương thực,” ông Nakagawa chia sẻ. “Tôi hy vọng rằng mọi người có thể tự sản xuất điện từ nguồn tài nguyên xung quanh mình.”

Nguyên lý hoạt động của hệ thống này tương tự như pin Volta, loại pin đầu tiên có khả năng tạo dòng điện liên tục, được phát minh bởi Alessandro Volta vào năm 1799.

Các điện cực làm từ vật liệu như kẽm và đồng được đặt vào môi trường ẩm ướt hoặc chứa ion, tạo ra dòng điện nhỏ nhưng liên tục qua phản ứng hóa học với môi trường xung quanh, và lúc này năng lượng điện được thu gom để sử dụng.

Khả năng sáng tạo của ông Nakagawa không dừng lại ở đất mà còn mở rộng sang việc thu thập năng lượng từ phân hữu cơ, rượu vang và bánh mì Pháp.

Gần phòng thí nghiệm Ku-An có một cơ sở khác mang tên Lu-An, đi vào hoạt động vào năm ngoái. Cơ sở này sử dụng hơn 2.000 ống nhựa chứa đất và phân hữu cơ, cho công suất khoảng 100W, đủ để cấp năng lượng cho nồi cơm điện và một số thiết bị nhỏ khác.

Ông Nakagawa nhấn mạnh rằng mục tiêu không phải là cạnh tranh với các nhà máy điện lớn mà là cung cấp năng lượng cho những khu vực cần một lượng điện nhỏ.

Một trong những ứng dụng đầy hứa hẹn của công nghệ này là việc cung cấp điện cho các khu vực không có kết nối lưới điện hoặc nơi bị mất điện do thiên tai.

MPC còn có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị tiêu thụ ít năng lượng như cảm biến trên ruộng để theo dõi sâu bệnh, đo nước sông, cảnh báo về sạt lở hay hệ thống an ninh chống trộm.

Ông Nakagawa cũng đã phát triển nguyên mẫu thiết bị “node độc lập”, có hình dạng giống cột trụ, sử dụng năng lượng thu được để truyền dữ liệu tới vệ tinh.

Theo ông, hệ thống này không thải ra CO2 trong quá trình sản xuất điện. Thêm vào đó, nguồn năng lượng này không phụ thuộc vào thời tiết như năng lượng mặt trời hay gió.

Ấy vậy nhưng, khả năng ứng dụng công nghệ MPC trên quy mô lớn vẫn đang gây tranh cãi. Giáo sư danh dự Masayuki Nakao từ Đại học Tokyo, người có mối quan hệ lâu năm với ông Nakagawa, cho rằng công nghệ này mở ra nhiều hướng đi mới nhưng vẫn chưa thực tiễn nếu xét đến khả năng cấp điện.

“Công suất của nó quá thấp so với pin thông thường hay ắc quy ô tô,” ông Nakao lưu ý.

Tuy nhiên, ông Nakagawa không phủ nhận hạn chế này nhưng nhấn mạnh rằng MPC không nên bị so sánh trực tiếp với các nguồn năng lượng lớn.

“Tôi gọi đây là vi năng lượng, vì vậy chúng ta cần suy nghĩ về khả năng mà vi năng lượng có thể thực hiện,” ông Nakagawa cho biết thêm.

Thay vì cung cấp năng lượng cho toàn bộ một ngôi nhà hay thay thế hoàn toàn lưới điện, những dòng điện nhỏ này có thể phục vụ cho cảm biến, thiết bị giám sát hoặc các hệ thống yêu cầu mức tiêu thụ rất thấp.

Cách tiếp cận này cũng phản ánh quan điểm của ông về tương lai của năng lượng. Theo ông, không nhất thiết phải tìm ra một công nghệ duy nhất để đáp ứng toàn bộ nhu cầu năng lượng; mà có thể kết hợp nhiều phương pháp thu thập năng lượng từ các nguồn khác nhau, từ quy mô lớn đến nhỏ.

“Chúng ta cần coi việc kết hợp nhiều công nghệ thu năng lượng khác nhau là một yếu tố quan trọng trong chiến lược năng lượng tổng thể,” ông Nakagawa khẳng định.