Nhà khoa học Trung Quốc tạo năng lượng sạch từ món đồ chơi cổ điển

Một nhóm các nhà khoa học Trung Quốc tạo ra thiết bị có thể mở đường cho nguồn năng lượng sạch mới – một động cơ có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử nhỏ thông qua quá trình bốc hơi nước.

Thiết bị này có thể chạy bằng 100ml nước làm nhiên liệu trong 50 giờ và tạo ra năng lượng đầu ra lên tới 100 volt, nhiều hơn đáng kể so với các nghiên cứu trước đây nhằm chuyển năng lượng bốc hơi thành điện năng.

Trong bài báo đăng trên tạp chí bình duyệt Device, nhóm nghiên cứu cho biết: “Năng lượng bốc hơi có thể bằng một nửa năng lượng mặt trời trên bề mặt Trái Đất, mang đến cơ hội đáng kể về năng lượng tái tạo.

Sử dụng nguyên mẫu của máy phát điện, chúng tôi cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử nhỏ như màn hình tinh thể lỏng (LCD), cảm biến nhiệt độ và máy tính trong điều kiện xung quanh sử dụng nước làm nhiên liệu”.

Nhóm nghiên cứu gồm các nhà khoa học của Đại học Công nghệ Hoa Nam ở Quảng Châu, Đại học Bách khoa Hong Kong và Đại học Thành phố Hong Kong.

Ý tưởng của họ được lấy cảm hứng từ “Con chim tự uống nước” – món đồ chơi khoa học cổ điển đội mũ liên tục nhúng vào ly nước nhờ nguyên lý nhiệt động lực học. Thiết bị này được phát minh bởi nhà hóa học người Mỹ Miles Sullivan vào những năm 1940.

Albert Einstein được cho là đã dành 3 tháng rưỡi để nghiên cứu nhưng không có kết quả. Giờ đây, chính cơ chế đằng sau món đồ chơi cổ điển này được tận dụng để tạo ra nguồn năng lượng tái tạo mới.

Con chim uống nước bao gồm 2 bóng thủy tinh nối với nhau bằng 1 ống thủy tinh dài, trong đó bóng phía dưới chứa chất lỏng có nhiệt độ sôi 40 độ C. Bóng thủy tinh trên gắn một “mỏ” được bọc bằng vật liệu giống như nỉ.

Để bắt đầu chuyển động uống nước, mỏ của con chim được nhúng vào một ly nước. Nước tiếp xúc với vải nỉ bắt đầu bốc hơi, làm cho đầu mát hơn phần đáy. Khi đầu của con chim nguội đi, hơi nước từ chất lỏng bên trong ống ngưng tụ lại, dẫn đến áp suất bên trong đầu giảm so với đáy.

Sự chênh lệch áp suất khiến chất lỏng ở đáy dâng lên về đầu. Khi phần đầu trở nên nặng hơn, nó sẽ nhúng đầu lại vào cốc nước. Sau khi nghiêng về phía trước, chất lỏng chảy ngược lại và con chim trở về vị trí thẳng đứng. Khi hơi nước tiếp tục bốc hơi ở đầu, con chim sẽ lắc lư và uống nước liên tục.

Lấy cảm hứng từ sự tò mò kéo dài hàng thập kỷ, nhóm nghiên cứu quyết định đưa phát minh này lên tầm cao mới bằng cách thu thập năng lượng cơ học ở cả hai bên của con chim. Để thực hiện điều này, họ lắp đặt hai mô-đun máy phát điện nano ma sát ở mỗi đầu.

“Chúng tôi sử dụng một động cơ nhiệt tự nhiên hoạt động bằng nguyên lý bốc hơi lấy cảm hứng từ đồ chơi chim uống nước để chuyển ẩn nhiệt bay hơi thành chuyển động tần số chậm, sau đó chuyển năng lượng cơ học thành điện năng thông qua máy phát điện nano ma sát chuyên dụng”, nhóm nghiên cứu cho hay.

Dẫn đầu nhóm nghiên cứu, Giáo sư Wang Zuankai của Đại học Bách khoa Hong Kong, cho biết nghiên cứu của họ mới là bước chứng minh cho một lý thuyết, nhóm hy vọng phát triển các thiết bị có thể chuyển đổi năng lượng bốc hơi nước thành năng lượng điện hiệu quả hơn.

“Chúng ta có thể xếp hàng chục mô hình chim uống nước mini được in 3D thành một tổ để tạo ra điện đồng thời”, ông Wang nói.

Một cách khác, để con chim “uống nước” phải chiếu ánh sáng mặt trời vào bóng thủy tính phía sau, bóng thủy tình này có thể được phủ bằng vật liệu quang nhiệt. Giáo sư Wang cho biết, nhiệt từ ánh sáng mặt trời sẽ khiến chất lỏng bên trong bốc hơi và lại tạo ra hoạt động cơ học.

“Bằng cách này, chúng ta có thể chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành điện”, ông nói. “Vì chất lỏng nằm bên trong ống nên nó sẽ không thất thoát trong quá trình bay hơi”.

Ông Wang nói thêm rằng, nhóm nghiên cứu cũng có thể áp dụng một cấu trúc được phát triển trước đó vào ống của con chim để đẩy nhanh quá trình dịch chuyển chất lỏng nhằm tạo ra nhiều điện hơn.