Cuộc cách mạng về năng lượng: Vật liệu cho tương lai bền vững

Nằm trong chuỗi Tọa đàm “Khoa học vì Cuộc sống” (“Science for Life” Symposia) thuộc khuôn khổ Tuần lễ Khoa học Công nghệ VinFuture 2024, Tọa đàm chủ đề “Vật liệu cho tương lai bền vững” diễn ra sáng 4/12 đã mang tới những góc nhìn sâu sắc và trao đổi khoa học chất lượng cao về tương lai của vật liệu bền vững.

*Nền tảng của tiến bộ công nghệ

Tại Tọa đàm, Phó Giáo sư Vũ Hải Quân, Giám đốc Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đánh giá, với chủ đề “Vật liệu cho tương lai bền vững”, sự kiện là cơ hội đóng góp tiếng nói giải quyết một số vấn đề cấp bách nhất mà nhân loại đang phải đối mặt: Theo đuổi tính bền vững thông qua đổi mới khoa học và công nghệ.

“Vai trò của khoa học vật liệu trở nên ngày càng quan trọng; không chỉ là nền tảng cho tiến bộ công nghệ mà còn là động lực thúc đẩy chúng ta tìm ra giải pháp bền vững trước các cuộc khủng hoảng năng lượng và môi trường mà nhân loại đang phải đối mặt”, Phó Giáo sư Vũ Hải Quân nói. 

Cũng theo Phó Giáo sư Vũ Hải Quân, Tọa đàm không chỉ là diễn đàn trao đổi học thuật mà còn là nơi khởi nguồn, hình thành nên các ý tưởng và giải pháp, với tiềm năng định hình một tương lai tốt đẹp hơn cho các thế hệ mai sau. Đây không chỉ là những thách thức về mặt kỹ thuật mà còn có sự gắn bó mật thiết với phúc lợi xã hội, bảo tồn môi trường và tính bền vững về mặt kinh tế.

Chủ trì Tọa đàm, Giáo sư Richard Henry Friend (Đại học Cambridge, Anh), Chủ tịch Hội đồng Giải thưởng VinFuture và Chủ nhân Giải thưởng Millenium Technology Vật lý 2010, đánh giá, khoa học vật liệu đang ở giai đoạn phát triển đầy sôi động với những đổi mới trên quy mô toàn cầu, mở ra những khả năng vô tận cho việc tạo ra các vật liệu tiên tiến với tính năng vượt trội. Vật liệu bền vững là lĩnh vực mũi nhọn trong tương lai. Do đó, Tọa đàm là dịp để các nhà khoa học, nhà nghiên cứu cùng nhau chia sẻ kiến thức, trao đổi ý tưởng và thúc đẩy hợp tác quốc tế, nhằm khai thác tối đa tiềm năng của khoa học vật liệu vì một tương lai tốt đẹp hơn.

*Vật liệu mới cho pin mặt trời

Là người dành hàng thập kỷ trong hành trình nghiên cứu để giải bài toán về nguồn năng lượng xanh, Giáo sư Martin Andrew Green, một trong các diễn giả của Tọa đàm, người được trao nhiều giải thưởng quốc tế uy tín như Giải Năng lượng toàn cầu 2018, Giải Nhật Bản 2021, Giải Công nghệ Thiên niên kỷ 2022, Giải Nữ hoàng Elizabeth về Kỹ thuật 2023 và Giải thưởng chính VinFuture 2023, cho rằng, vật liệu bền vững là nền tảng cho các công nghệ năng lượng tái tạo, đặc biệt là pin mặt trời. Việc phát triển vật liệu mới cho pin mặt trời là yếu tố then chốt để thúc đẩy ứng dụng năng lượng mặt trời trên quy mô lớn, góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và hướng tới một tương lai năng lượng sạch.

“Cuộc cách mạng năng lượng thứ ba có thể là một cuộc cách mạng năng lượng mặt trời, với những vật liệu mới có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng với hiệu suất cao và chi phí thấp chưa từng có”, Giáo sư Martin Andrew Green dự báo. 

Giáo sư Martin Andrew Green cho biết, hiện giá của pin mặt trời đã giảm từ 1 USD/W vào năm 2009 xuống còn khoảng 10 cent/W; trong khi hiệu suất của các tấm pin mặt trời đã tăng từ 16% lên 21,6%. Ngoài ra, kích thước và hình dáng của các tấm pin mặt trời cũng đã thay đổi, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc giảm chi phí lắp đặt và vận chuyển. Giáo sư Martin Green cũng đưa ra dự báo, đến năm 2030, sản lượng năng lượng mặt trời cần đạt 3TB GW mỗi năm. Điều này đòi hỏi sự thay đổi mạnh mẽ trong công nghệ và quy mô sản xuất; sự kết hợp các công nghệ mới, phát triển vật liệu tiên tiến và áp dụng các phương pháp sản xuất thông minh.

Cũng theo Giáo sư Martin Andrew Green, nghiên cứu về vật liệu mới đang mở ra những hướng đi đầy hứa hẹn cho pin mặt trời thế hệ mới. Những vật liệu này có tiềm năng vượt trội so với silicon truyền thống về nhiều mặt. Lợi thế của vật liệu này là khả năng hấp thụ ánh sáng tốt hơn, cho phép sản xuất pin mặt trời có hiệu suất chuyển đổi cao hơn. Hiệu suất cao hơn sẽ giúp giảm chi phí từ sản xuất đến vận chuyển, lắp đặt và cuối cùng là tái chế và xử lý.

Chia sẻ một số đột phá khoa học có khả năng ứng dụng thực tiễn, trong đó có nghiên cứu phát triển năng lượng mặt trời: Tích hợp vật liệu để nâng cao hiệu suất, Giáo sư về Năng lượng, Marina Freitag (Đại học Newcastle, Anh), khẳng định, vật liệu bền vững không chỉ đơn thuần là vật liệu có thể tái chế hay phân hủy sinh học. “Vật liệu bền vững cần được thiết kế với tư duy “bền vững là trên hết”, đảm bảo hiệu quả cao trong suốt vòng đời, thân thiện với môi trường và có khả năng thích ứng với nhiều điều kiện sử dụng khác nhau”.

Đưa ra định nghĩa về “Perovskite”, một loại vật liệu mới, Giáo sư Marina Freitag cho biết, đây là một loại tinh thể đặc biệt có thể kết hợp với các kim loại như chì hoặc thiếc, tạo ra những tế bào quang điện có khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng với hiệu suất cao hơn nhiều so với silicon truyền thống. Khi kết hợp perovskite với silicon, có thể giảm tới 80% lượng silicon cần sử dụng, đồng thời tăng cường khả năng chuyển đổi năng lượng, giảm chi phí sản xuất và dễ dàng tái chế hơn. Những vật liệu như perovskite có thể tồn tại lâu dài, không gây hại cho môi trường. Từ đó, mở ra một hướng đi quan trọng trong phát triển năng lượng tái tạo bền vững.

Trong khi đó, Giáo sư Seth Marder, một chuyên gia về vật liệu polyme tại Đại học Colorado Boulder (Hoa Kỳ) đã chia sẻ về vai trò của polyme trong phát triển các sản phẩm bền vững. Ông cho biết, polyme, vốn có tính ổn định cao, đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ y tế đến điện tử. Tuy nhiên, polyme chủ yếu được làm từ nguyên liệu hóa thạch gây tác động tiêu cực đến môi trường sau khi sử dụng. Giáo sư Marder cho rằng, để xây dựng một tương lai bền vững, cần thay đổi cách thức sản xuất và tiêu thụ polyme; cần phát triển các polyme phân hủy sinh học, dễ tái chế và có thể tháo rời để trả lại các vật liệu ban đầu cho chu trình sản xuất. Đây chính là một phần của nền kinh tế tuần hoàn, hướng đến giảm thiểu sử dụng, tái chế.

“Vật liệu cho tương lai bền vững” là một trong chuỗi 4 tọa đàm khoa học nằm trong Tuần lễ trao giải VinFuture mùa 4 năm 2024 bên cạnh các tọa đàm với chủ đề: “Triển khai AI trong thực tế”; “Những đổi mới trong chăm sóc sức khỏe tim mạch và điều trị đột quỵ”; “Ô nhiễm không khí và giao thông: Cơ hội và thách thức cho Việt Nam và thế giới”.