Kỹ sư Nhật Bản phát điện từ đất và phân hữu cơ

Nằm giữa sườn đồi tại thành phố Hitachiota (tỉnh Ibaraki, Nhật Bản), phòng thí nghiệm Ku-An của kỹ sư Satoshi Nakagawa trông như một nhà kính phát sáng giữa màn đêm.

Nguồn điện thắp sáng công trình không đến từ lưới điện, pin mặt trời hay năng lượng gió, mà được thu từ những hộp chứa đất và phân hữu cơ.

Ông Nakagawa, 72 tuổi, CEO công ty Tripod Design, gọi công nghệ phát điện này là “thu thập vi năng lượng” (micropower collection - MPC). Ông tin những dòng điện nhỏ từ các vật liệu có sẵn trong tự nhiên có thể góp phần giải quyết bài toán năng lượng trong tương lai.

“Khi dân số tiến tới 10 tỷ người, vấn đề năng lượng sẽ trở nên cấp thiết không kém vấn đề lương thực”, ông Nakagawa nói. “Ngay cả khi chỉ đóng góp một phần nhỏ, tôi vẫn muốn mọi người có thể tự sản xuất điện bằng đất xung quanh mình”.

Công nghệ này dựa trên nguyên lý tương tự pin Volta, loại pin đầu tiên trên thế giới có khả năng tạo dòng điện liên tục, do nhà khoa học Alessandro Volta phát minh năm 1799.

Các điện cực làm từ những vật liệu như kẽm và đồng được đưa vào môi trường chứa độ ẩm hoặc ion. Phản ứng giữa các điện cực và môi trường xung quanh tạo ra dòng điện nhỏ nhưng liên tục, sau đó được thu gom để sử dụng.

Không chỉ đất, ông Nakagawa còn khai thác những dòng điện cực nhỏ từ nhiều vật liệu khác nhau như phân hữu cơ, rượu vang và bánh mì Pháp.

Gần phòng thí nghiệm Ku-An là một cơ sở khác mang tên Lu-An, đi vào hoạt động năm ngoái. Công trình sử dụng hơn 2.000 ống nhựa chứa đất và phân hữu cơ, tạo ra công suất khoảng 100 W, đủ để vận hành một nồi cơm điện và một số thiết bị nhỏ.

Ông Nakagawa cho biết, mục tiêu của công nghệ không phải cạnh tranh với những nhà máy điện quy mô lớn mà cung cấp nguồn năng lượng tại những nơi chỉ cần lượng điện nhỏ.

Một trong những ứng dụng tiềm năng là khu vực không có điện lưới hoặc nơi bị mất điện sau thiên tai.

MPC cũng có thể cấp điện cho các thiết bị tiêu thụ ít năng lượng như cảm biến phát hiện sâu bệnh trên đồng ruộng, theo dõi nước sông dâng, cảnh báo sạt lở hay hệ thống chống trộm.

Nakagawa đã phát triển nguyên mẫu thiết bị “stand-alone node”, có hình dạng giống cột trụ, sử dụng điện thu từ đất để hỗ trợ truyền dữ liệu tới vệ tinh.

Theo nhà phát minh Nhật Bản, sau khi được lắp đặt, hệ thống không phát thải CO2 trong quá trình tạo điện. Một lợi thế khác là nguồn điện không phụ thuộc vào nắng hay gió như điện mặt trời và điện gió.

Tuy nhiên, khả năng ứng dụng trên quy mô lớn của MPC vẫn gây tranh luận.

Giáo sư danh dự Masayuki Nakao tại Đại học Tokyo, người quen biết ông Nakagawa nhiều năm, cho rằng công nghệ gợi mở nhiều ý tưởng nhưng chưa thực tế nếu xét về khả năng cung cấp năng lượng.

“Công suất của nó thấp hơn đáng kể so với pin thông thường hoặc ắc quy ô tô”, ông Nakao nói.

Ông Nakagawa không phủ nhận hạn chế về công suất nhưng lưu ý không nên đánh giá MPC bằng cách so sánh trực tiếp với những nguồn năng lượng lớn.

“Tôi gọi nó là vi năng lượng, vì vậy chúng ta phải nghĩ xem vi năng lượng có thể làm được gì”, ông Nakagawa nói.

Thay vì cung cấp điện cho cả một ngôi nhà hay thay thế lưới điện, những dòng điện nhỏ có thể phù hợp với cảm biến, thiết bị giám sát hoặc các hệ thống chỉ cần hoạt động liên tục với mức tiêu thụ rất thấp.

Cách tiếp cận này cũng phản ánh quan điểm của Nakagawa về tương lai năng lượng. Theo ông, thế giới không nhất thiết phải tìm kiếm một công nghệ duy nhất có khả năng giải quyết toàn bộ nhu cầu, mà có thể kết hợp nhiều phương pháp thu năng lượng khác nhau, từ những nguồn lớn đến những dòng điện rất nhỏ.

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