Lĩnh vực này có thể mang lại giá trị to lớn cho các nền kinh tế trên thế giới, đặc biệt là mục tiêu NetZero mà toàn cầu đang chinh phục.
GS Martin Andrew Green, đồng chủ nhân của Giải thưởng Chính VinFuture 2023, chia sẻ tại tọa đàm "Vật liệu cho tương lai bền vững".
Đó là lĩnh vực năng lượng tái tạo và cụ thể là các tấm pin năng lượng Mặt Trời. Đây cũng là chủ đề chính được nhiều chuyên gia hàng đầu thế giới thảo luận tại " Vật liệu cho tương lai bền vững ", phiên tọa đàm đầu tiên thuộc chuỗi sự kiện của Tuần lễ Khoa học – Công nghệ VinFuture 2024 (từ 4/12 – 7/12).
GS Sir Richard Henry Friend là chủ tọa phiên tọa đàm "Vật liệu cho tương lai bền vững", ngày 4/12.
GS Sir Richard Henry Friend cho biết, năng lượng hiện đang được tiêu thụ rất nhiều, tạo ra nhiều vấn đề, trong đó có CO2. Trung bình mỗi người thải ra hàng tấn CO2 hàng năm. Nhưng chúng ta cũng có lựa chọn, đó là tập trung vào pin mặt trời. Chưa đến một thập kỷ mà những gì còn tồn tại như mức giá chưa hợp lý giờ đã cải thiện và chúng ta cũng đã có những công cụ đạt được nền kinh tế NetZero.
Tại tọa đàm, GS Martin Andrew Green, đồng chủ nhân của Giải thưởng Chính VinFuture 2023, chia sẻ về vai trò công nghệ, bởi vì công nghệ sử dụng trong chế tạo pin mặt trời. Trong thập kỷ vừa qua, giá pin mặt trời đã giảm rất nhiều, hiệu suất các tấm pin đã hiệu quả hơn, từ 16% lên 21,6%. Kích thước và hình dáng của các tấm pin cũng đã thay đổi. Chúng được chế tạo thành hình chữ nhật. Tất cả những thay đổi đã mang lại hiệu quả về chi phí kết nối, đi cáp, vận chuyển. Đó là điều đã thay đổi trong 10 năm qua. Ngay cả công nghệ tế bào pin mặt trời cũng đã thay đổi.
GS Martin Andrew Green chia sẻ về vai trò của công nghệ trong lĩnh vực pin mặt trời.
Theo GS Martin, có 4 công nghệ chính về tế bào pin mặt trời đang được sử dụng, bao gồm: TOPcon, HJT, IBC, Perc. Tuy nhiên, thị trường đang dần ưu ái sử dụng các công nghệ như HJT, IBC.
Hiện nay, 1 tấm pin mặt trời chỉ còn có giá là 70 USD. Công suất đầu ra của nhà máy năng lượng có thể thay thế cho 10 nhà máy nhiệt than. Khi nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng đến 1TB Gigawatt (GW) trong 1 năm tới thì chúng ta sẽ tăng công suất lắp đặt khi có chi phí thấp hơn. Hiệu suất của các tấm pin mặt trời cũng được cải thiện nhiều. Trung bình nếu sắp ngẫu nhiên các tấm tế bào pin mặt trời thì hiệu suất là 30%. Nhưng nếu xếp chồng 2 lớp sẽ tăng hiệu suất lên 40%.
Tuy nhiên, theo GS Martin, để nâng cao hiệu suất của pin mặt trời thì cần phải tìm ra vật liệu có tính chất phù hợp như không độc, có dư thừa và phù hợp hơn với silicon, chẳng hạn như chì, đồng, perovskite…
Về vấn đề này, để nâng cao hiệu suất của các tấm pin năng lượng mặt trời, theo GS Marina Freitag (ĐH Newcastle, Anh), cần phải có sự tích hợp vật liệu.
"Chúng ta đang cần phải vươn tới những giới hạn mà các vật liệu có thể thực hiện được. Đó là 25%. Silicon là đáng tin cậy và hiệu quả nhưng năm đến 2050 thì nhu cầu năng lượng toàn cầu sẽ tăng 40%. Vậy, làm sao để đạt được 3T GW mà vẫn phải tính đến yếu tố bền vững, nhất là các công trình được lắp đặt?", GS Marian cho biết.
Nếu thêm vật liệu thì sẽ giảm được thời gian hoàn vốn là 4 tháng, giảm được phát thải CO2 50%. Nhưng rõ ràng, khi phát triển vật liệu mới, có khả năng thích ứng nhưng chúng cũng có sự thay đổi theo thời gian. Nếu chỉ sản xuất pin mặt trời chỉ tồn tại một thời gian ngắn, nó sẽ tương tác như thế nào với môi trường? Chúng ta có thể làm cho nó mạnh, nhưng làm thế nào để hướng đến tương lai bền vững? Đây mới là cái cần tư duy lại. Đó là làm thế nào để có vật liệu có khả năng thích ứng tốt? Thế hệ sau có thể học hỏi được, có khả năng duy trì để tìm ra vật liệu có khả năng tự chữa lành cao.
Theo GS Marian, các vật liệu nếu có sự tác động của trí tuệ nhân tạo (AI) thì sẽ tiết kiệm được thời gian nghiên cứu, thiết kế, sản xuất… Nhưng khả năng nhân rộng lại là rào cản nữa mà chúng ta cần vượt qua và cả yếu tố về chu trình sản xuất.
Sự thay đổi bất ngờ ở Việt Nam, cơ hội rất lớn
GS Seth Marder, GS về năng lượng tái tạo và bền vững tại ĐH Colorado Boulder (Mỹ).
Năm 2019, Việt Nam nổi lên là một quốc gia có tỷ lệ tiêu thụ và lắp đặt điện mặt trời lớn thứ 5 trên thế giới. Đến năm 2020, Việt Nam đứng thứ 3 trên thế giới , chỉ sau Trung Quốc và Mỹ trong lĩnh vực này. Điều này cho thấy tỷ lệ ứng dụng điện mặt trời ở Việt Nam đã và đang phát triển với tốc độ nhanh thế nào. Nhiều chuyên gia đều cho rằng Việt Nam hiện đang có tiềm năng, cơ hội rất lớn trong việc phát triển năng lượng tái tạo, nhất là năng lượng từ những tấm pin mặt trời.
Ngành công nghiệp pin năng lượng mặt trời đang mang lại nhiều tỷ USD cho Việt Nam mỗi năm. Việt Nam đang xuất khẩu pin năng lượng mặt trời đến Mỹ và hàng chục quốc gia trên thế giới.
Để tìm lời giải cho tương lai bền vững, GS Seth Marder tại ĐH Colorado Boulder (Mỹ) chia sẻ về vật liệu polyme. Ông cho biết: "Ở Mỹ sẽ thấy rất nhiều chai nhựa, nhưng tại hội thảo này (diễn ra tại Việt Nam - PV), tôi nhìn thấy rất nhiều chai thủy tinh. Đây là một chỉ số ví dụ cho thấy tư duy được thay đổi".
Thực tế khi đọc nhãn của chai nhựa, chúng ta thấy rằng chỉ có 9% sản phẩm được tái chế. Vậy cần thay đổi thói quen tiêu dùng và tìm kiếm vật liệu như thế nào? Có phân hủy sinh học sau khi sử dụng hay không?
Polyme tồn tại lâu vì tính ổn định, vậy làm thế nào để thay đổi khối tạo nên Polyme? Thiết kế sản phẩm có chức năng phù hợp nhưng có thể tháo rỡ, phân hủy để trả về các vật liệu ban đầu. Vì thế, cần suy nghĩ việc xử lý vật liệu ngay từ khi thiết kế, cơ chế tháo rỡ, tái thiết kế, sinh khối, xử lý vòng đời sản phẩm ngay từ ban đầu. Điều này cần sự làm việc liên ngành, với vật thể lớn về phân tích cơ khí, phân tích tái chế và tính có sẵn của vật liệu.
Theo GS Seth Marder, polyme làm tế bào pin mặt trời gắn chặt với nhau, vậy phải tuần hoàn thế nào? Theo ông, trước hết, cần cải thiện quy trình thiết kế và quan trọng nhất không phải là công nghệ mà là thay đổi hành vi cá nhân.
Cần sản xuất bao nhiêu tấm pin mặt trời mỗi năm để đạt NetZero?
GS Martin Andrew Green cho biết, khoảng năm 2030, sản lượng hàng năm của pin mặt trời có thể là 3TB GW/năm.
Theo GS Martin Andrew Green, sản lượng hàng năm là 3TB GW/năm vào khoảng năm 2030 là sản lượng tối ưu nếu mọi thứ tăng nhanh và bão hòa ở đó. Đây là mục tiêu đạt tới nhưng sẽ còn khó khăn.
"Lịch sử quang điện cho thấy khó thể dự báo, nhưng kết quả thường vượt kỳ vọng nên hy vọng kịch bản 2030 là có thể đi theo. Chúng ta cần có trách nhiệm dọn dẹp những gì đã làm ra và để lại", GS Martin nhấn mạnh.
Khi nào chúng ta có thể sử dụng vật liệu mới để sản xuất xe, chẳng hạn như vật liệu để sản xuất kính, thiết bị tạo năng lượng…?
GS Nguyễn Thục Quyên, Chủ tịch Hội đồng Sở khảo Giải thưởng VinFuture, cho rằng khi xây dựng các toà nhà thì tuỳ địa điểm. Chẳng hạn, tại NewYork có nhiều nhà cao tầng, pin hữu cơ có màu sắc khác nhau, có thể ốp vào tường, gắn vào công trình thì cần độ lâu bền, thách thức sẽ là 30 năm.
Trong khi đó, theo GS Martin Andrew Green, Đức đã có sản phẩm trên thị trường để tích hợp pin mặt trời hữu cơ trên cửa sổ, nhưng cách thức muốn đạt đến NetZero thì cần bảo tồn diện tích đất khai thác và phân phối. Đây là thách thức khẩn cấp chính với chúng ta. Tuy nhiên, khi xây nhà mới trong thời gian tới, nếu chúng ta không tận dụng lợi thế pin mặt trời thì quả thật là dại dột.
Tọa đàm "Vật liệu cho tương lai bền vững" do GS Sir Richard Henry Friend, Chủ tịch Hội đồng Giải thưởng VinFuture, làm chủ tọa. Tọa đàm có sự tham gia của 4 diễn giả là GS Marina Freitag, chuyên gia về năng lương tại ĐH Newcastle (Anh); GS Martin Andrew Green tại ĐH New South Wales (Úc), đồng thời là thành viên Hội đồng Giải thưởng VinFuture; GS Seth Marder, GS về năng lượng tái tạo và bền vững tại ĐH Colorado Boulder (Mỹ); GS Nguyễn Thục Quyên tại ĐH California, Santa Barbara (Mỹ), Chủ tịch Hội đồng Sơ khảo Giải thưởng VinFuture.
Minh Hằng - Theo Soha
