Vaclav Smil: ý tưởng về một thiên tài có thể cứu hành tinh

Vaclav Smil, những ý tưởng có thể thay đổi thế giới

Con đường đã được đặt ra bởi các nhà môi trường Vaclav Smil, nhà nghiên cứu tại Đại học Manitoba, Canada, tác giả cuốn sách "Phát minh và đổi mới: Lược sử về sự cường điệu và thất bại", trong đó, không tin tưởng những người hứa hẹn những phát minh phi thường và không thể đạt được, anh ấy đã nói ra "danh sách mong muốn" của mình là cứu thế giới, giữ chân mình neo vào thực tế. Ông đã viết hơn 40 cuốn sách và gần 500 bài báo về năng lượng, môi trường và công nghệ.. Năm 2010, ông được tạp chí Foreign Policy vinh danh là một trong 100 nhà tư tưởng toàn cầu hàng đầu và năm 2014, ông trở thành Thành viên của Order of Canada. Đối với Einaudi xuất bản Những con số không nói dối. Truyện ngắn để hiểu thế giới (2021 và 2023) và Thế giới thực sự hoạt động như thế nào. Năng lượng, thực phẩm, môi trường, nguyên liệu thô: câu trả lời từ khoa học (2023).

“Theo tôi, những điểm mới chính – anh ấy giải thích – đề cập đến một loạt vấn đề mà chúng ta phải khẩn trương giải quyết. Họ tập trung vào khu vực sẽ có tác động lớn nhất đến sức khỏe con người và môi trường và nơi đã có rất nhiều kiến ​​thức để xây dựng.”

Điều bạn thực sự cần lúc này là gì?

Loại bỏ nhiên liệu hóa thạch để vận chuyển và để làm được điều này, bạn cần có siêu pin, hiệu quả hơn để lưu trữ đủ điện cho phương tiện vận chuyển: pin lithium ionNgày nay được sử dụng để cung cấp năng lượng cho ô tô điện, điện thoại di động, máy tính xách tay và các thiết bị điện tử cầm tay khác, chúng hiện là lựa chọn tốt nhất của bạn. Loại tốt nhất trên thị trường có mật độ năng lượng là 755 Wh/l, và trong khi đó, Amprius Technologies của California đang phát triển một thế hệ pin lithium mới có khả năng lưu trữ 1150 Wh/l.

Tại sao pin lithium ion được sử dụng ngày càng nhiều?

Hãy lấy pin lithium ion của xe đạp điện làm ví dụ:

Pin LITHIUM ION (Li-Ion) hiện là công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất trong thế giới xe đạp điện kể từ đó, nhờ vào tỷ lệ công suất trên trọng lượng, có thể di chuyển quãng đường dài trong một lần sạc lại, giảm 60% trọng lượng của pin chì cổ điển.

Chúng có khả năng tự xả rất thấp và không có cái gọi là "hiệu ứng bộ nhớ" do phải sạc lại thường xuyên. Bộ điều khiển bên trong (BMS) quản lý điện áp của từng ô riêng lẻ trong cả giai đoạn xả và sạc, để không làm hỏng toàn bộ bộ pin.

Cuộc chiến giằng co giữa các năng lượng

Chưa hết, bất chấp những cải tiến, mật độ năng lượng của pin vẫn thấp hơn nhiều so với nhiên liệu lỏng vẫn đang thống trị giao thông vận tải: xăng đạt 9600 Wh/l, dầu hỏa máy bay phản lực 10.300 Wh/l và dầu diesel là 10.700 Wh/l. Vì thế, có thể thu hẹp khoảng cách giữa mật độ năng lượng của pin và nhiên liệu hóa thạch.

Trong 50 năm qua, mật độ năng lượng tối đa của pin được sử dụng đã tăng gấp năm lần. Nếu duy trì tốc độ này trong 50 năm tới, chúng ta sẽ đạt 3750 Wh/l. Một kết quả sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho vận tải hạng nặng bằng đường bộ và đường biển bằng các phương tiện chạy điện và tuy nhiên, vẫn không đủ để cung cấp năng lượng cho một chiếc Boeing 787 chạy bằng điện.

Sức mạnh của cây họ đậu

Đối với nông nghiệp, muốn phát triển bền vững thì thách thức cũng không ít. Đây là một hoạt động có tác động rất lớn do tiêu thụ nước, sử dụng đất và thải ra các loại phân đạm gây ô nhiễm. Theo Smil, một cải tiến quan trọng sẽ là khả năng phát triển các loại cây không cần phân bón hóa học (năm 2020, đất nông nghiệp nhận được 113 triệu tấn, nhiều hơn 40% so với năm 2000): chúng là những loại cây có khả năng hấp thụ nitrat tự nhiên như cây họ đậu. lợi dụng các vi sinh vật cộng sinh bám vào rễ. Chìa khóa sẽ là phân lập các gen cây họ đậu có khả năng cố định đạm và chuyển chúng vào cây ngũ cốc và cây rau.

quang hợp năng suất

Chúng ta cũng cần quang hợp hiệu quả hơn - thực vật thực sự không hiệu quả trong việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành sinh khối. Chỉ một nửa bức xạ mặt trời chiếu tới cây có thể được sử dụng trong quá trình quang hợp., một tỷ lệ phần trăm giảm xuống 44% sau khi trừ đi ánh sáng do lá cây phản chiếu. Từng bước một, cuối cùng người ta ước tính rằng chỉ có 4,5% năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành carbohydrate.

Do đó, ngay cả một sự cải thiện tương đối nhỏ cũng sẽ tạo ra sự khác biệt lớn về năng suất cây trồng và do đó, về nguồn lương thực sẵn có trên toàn cầu để cung cấp đủ thức ăn cho dân số có thể lên tới 10.000 tỷ người vào năm 2050. Do đó, nghiên cứu nên được thực hiện cho cải thiện quá trình tổng hợp sinh khối, ví dụ, bằng cách xác định các gen làm cho rễ thu thập nước và chất dinh dưỡng hiệu quả hơn, sau đó kết hợp chúng vào DNA của tất cả các loài thực vật được quan tâm. Cũng cần phải chọn những cây có năng suất cao hơn và tăng trưởng nhanh hơn.

Ảo tưởng về Vaclav Smil và hệ thống quang điện tự làm sạch

Chủ đề tái tạo, trong tầm tay của mọi người. Smil nghĩ về hệ thống quang điện tự làm sạch, có thể được sử dụng làm sơn trên tường và kính trong cửa sổ của các tòa nhà. Hệ thống quang điện, chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng, có thể được lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào có nắng. Các phiên bản cao cấp nhất duy trì hiệu suất của chúng trong ít nhất 20 năm.

Do đó, lý tưởng sẽ là trải thảm các thành phố bằng các hệ thống này, dxử lý lớp phủ quang điện để áp dụng trong bất kỳ bề mặt đô thị nào, để giới thiệu điện được sản xuất trong các mạng cục bộ. Đương nhiên, đó là trò chơi nếu những lớp lót này cũng có khả năng tự làm sạch, vì vậy chúng vẫn hoạt động theo thời gian.

Chúng ta đang tiến gần hơn đến giấc mơ của Vaclav Smil: cửa sổ năng lượng mặt trời tạo ra điện đã có mặt trên thị trường. Một ví dụ điển hình là công ty Pilkington, công ty sản xuất cửa sổ tự làm sạch có lớp phủ quang xúc tác phản ứng với ánh sáng mặt trời để phá vỡ và hòa tan bụi bẩn. Bước tiếp theo sẽ là làm cho những vật liệu này có giá cả phải chăng và dễ thích nghi, trong tầm với của mọi người.

Sự khởi đầu của kính quang điện…

La lịch sử kính quang điện bắt đầu từ ba năm trước, khi nhóm nghiên cứu từ Khoa Khoa học Vật liệu tại Đại học Milano-Bicocca anh ấy đã thành công trong một công việc mà đối với nhiều người có vẻ giống như khoa học viễn tưởng. Nhóm nghiên cứu đã báo trước sự xuất hiện của kính quang điện, có khả năng sản xuất điện thông qua ánh sáng .

Loại hệ thống năng lượng mặt trời này có thể được tích hợp liền mạch vào kiến ​​trúc của các tòa nhà lớn và hơn thế nữa. Sự khác biệt với kính trơn nằm ở việc bổ sung vật liệu hoạt động quang học , các hạt cầu nano hấp thụ ánh sáng và phát lại dưới dạng năng lượng. Các tấm được chèn vào một kính hai lớp ba lớp và đảm bảo cách nhiệt-âm thanh và bảo vệ thiết bị quang điện khỏi môi trường xung quanh.

Những lợi thế của cửa sổ quang điện là gì?

Những cửa sổ với kính PV tích hợp cung cấp một số lợi thế, trên thực tế, chúng là cấu trúc khá ổn định, mà không có bất kỳ tác động tiêu cực đến sức đề kháng. Ngoài ra, chúng không làm giảm quá mức bức xạ tự nhiên của ngôi nhà, vì chúng đảm bảo độ trong suốt lên tới 80%. Ngược lại, chúng đảm bảo hiệu suất khá cao, chúng được làm bằng Vật liệu sinh thái, có chi phí thấp và cho phép tiết kiệm năng lượng nhiều hơn trong nhà của bạn.

Nhược điểm của kính quang điện là gì?

Giống như bất kỳ sản phẩm nào, kính quang điện cũng có nhược điểm của nó. Cái sau có thể được nhìn thấy về mặt hiệu quả , trên thực tế một hệ thống quang điện truyền thống có thể được định hướng và nghiêng theo bức xạ mặt trời. Tuy nhiên, cửa sổ quang điện luôn đứng thẳng và vị trí này làm giảm sản xuất năng lượng so với hệ thống bảng điều khiển cổ điển.

nhựa xanh thật

Chúng ta cũng cần một loại nhựa “xanh” thực sự. Sản lượng nhựa trên thế giới đạt gần 400 triệu tấn mỗi năm, hầu hết tất cả đều được đưa đến các bãi chôn lấp. Chỉ một phần thiểu số được tái chế và để làm được điều này, Smil nhận xét, cần phải sản xuất nhựa thực sự có thể phân hủy sinh học ở quy mô công nghiệp và với các quy trình chi phí thấp, chẳng hạn như được làm bằng vật liệu phế thải hoặc được sản xuất bởi vi sinh vật.

cơn sốt hành tinh

Để chống lại cơn sốt hành tinh - học giả này cho biết thêm - không loại trừ khả năng một ngày nào đó, chúng ta sẽ phải dùng đến một "chiếc dù che nắng khổng lồ", được ứng dụng trong không gian và có khả năng chuyển hướng từ 1 đến 2% ánh sáng mặt trời. Rào cản này sẽ phải đậu cách đó khoảng 1,5 triệu km, tại điểm giữa Mặt trời và Trái đất nơi lực hấp dẫn của chúng triệt tiêu lẫn nhau để cấu trúc duy trì ở vị trí ổn định. Hiện tại, đây là một viễn cảnh gây tranh cãi và tốn kém và Smil coi đó như một "trò đùa" để chơi nếu lượng khí thải CO2 không được giảm đủ.

Nhưng đó không phải là tất cả đối với Vaclav Smil...

Smil kết luận rằng những đổi mới cấp bách và khả thi không kết thúc ở đây. Cuốn sách của ông nhằm mục đích giải thích một cách nhẹ nhàng về cách thức công nghệ và sự sáng tạo có thể đóng vai trò quyết định trong việc giải quyết bi kịch lớn của thời điểm này: biến đổi khí hậu.