Một quốc gia vừa đưa vào vận hành hệ thống pin bằng… cát cao 13 m, rộng 15 m – có gì mà cả thế giới sửng sốt, muốn áp dụng ngay lập tức?

Trong tháng này, Phần Lan đã vận hành hệ thống pin cát lớn nhất thế giới – một bước tiến mới có thể giúp người dân loại bỏ hoàn toàn dầu ra khỏi hệ thống sưởi ấm khu vực, qua đó cắt giảm tới gần 70% lượng khí thải, theo Euro News. Nếu hệ thống này tiếp tục vận hành hiệu quả và tiết kiệm như hiện tại, đừng ngạc nhiên nếu pin cát bắt đầu xuất hiện ở khắp nơi – kể cả trong khu phố của bạn.

Pin được phát triển bởi công ty Polar Night Energy của Phần Lan, sử dụng nguyên lý lưu trữ năng lượng nhiệt. Cụ thể, điện sạch dư thừa được dùng để đốt nóng cát lên nhiệt độ cực cao. Cát sau đó giữ lại năng lượng nhiệt và giải phóng khi cần để sưởi ấm nhà cửa hoặc cấp năng lượng cho các hoạt động công nghiệp địa phương. Mặc dù đây không phải là pin cát đầu tiên của Phần Lan, nhưng nó là hệ thống lớn nhất tính đến hiện tại.

Mô hình đột phá này đặt tại thị trấn Pornainen, được thiết kế dưới dạng một silo cách nhiệt cao 13 mét và rộng 15 mét, chứa 2.000 tấn đá xà phòng (soapstone) nghiền nhỏ thành cát. Theo The Cool Down, loại cát đặc biệt này có khả năng giữ nhiệt ấn tượng, chỉ thất thoát khoảng 10–15% nhiệt lượng từ lúc lưu trữ đến khi sử dụng.

Tổng thể, hệ thống có thể tích trữ tới 100 MWh năng lượng trong nhiều tuần – đủ để sưởi ấm toàn bộ khu trung tâm thị trấn vào giữa mùa đông khắc nghiệt của Bắc Âu. Khi được giải phóng, nhiệt độ vẫn có thể lên tới 400°C.

Năng lượng lưu trữ: Bài toán không thể thiếu cho thời đại năng lượng tái tạo

Trong bối cảnh các lưới điện toàn cầu ngày càng phụ thuộc vào nguồn năng lượng biến thiên như gió và mặt trời, nhu cầu về lưu trữ – đặc biệt là lưu trữ dài hạn – trở nên bức thiết hơn bao giờ hết. Công nghệ lưu trữ cho phép giữ lại điện năng dư thừa vào lúc nguồn phát dồi dào (nắng gắt, gió mạnh), rồi cung cấp trở lại khi nhu cầu vượt nguồn cung. Lưu trữ nhiệt là một trong những giải pháp đơn giản và khả thi cho bài toán này.

Dù chỉ vừa khởi động trong tháng này, mô hình pin cát mới của Phần Lan đã thu hút nhiều sự chú ý nhờ tính hiệu quả và chi phí thấp. "Xét về giá cả, rất khó tưởng tượng được một hệ thống lưu trữ năng lượng nào rẻ hơn," The Cool Down nhận định. Loại đá xà phòng được nghiền thành cát sử dụng trong hệ thống này thậm chí còn là phế thải từ một xưởng sản xuất lò sưởi.

Theo TechCrunch, chi phí lưu trữ của pin cát Phần Lan chỉ dưới 25 USD cho mỗi kWh – trong khi con số này ở pin lithium-ion là khoảng 115 USD. Không chỉ vậy, pin lithium-ion chỉ lưu trữ được trong vài giờ, trong khi pin cát có thể giữ nhiệt trong nhiều ngày, thậm chí vài tuần. Ngoài ra, vì công nghệ này dựa vào vật liệu tái chế, nó không chịu ảnh hưởng bởi các vấn đề chuỗi cung ứng như lithium – một loại khoáng sản vốn bị chỉ trích nhiều do ảnh hưởng môi trường trong quá trình khai thác.

Tóm lại, pin cát đang nổi lên như một giải pháp "ba trong một": rẻ, thân thiện với môi trường và dễ triển khai. "Với nhiệt dung cao, độ dẫn nhiệt thấp và không có nguy cơ cháy nổ, hệ thống lưu trữ năng lượng bằng cát đang thu hút sự quan tâm trong các ứng dụng quy mô lưới điện và công nghiệp," Interesting Engineering viết trong một bài báo gần đây, trong đó khẳng định "thiết bị lưu trữ năng lượng tiếp theo có thể sẽ là một pin cát nóng tới 1.000°C."

Không chỉ riêng Phần Lan

Phần Lan đang dẫn đầu trong việc phát triển và triển khai công nghệ pin cát , nhưng không phải quốc gia duy nhất quan tâm đến tiềm năng của nó. Tháng 4 năm nay, Bộ Năng lượng Hoa Kỳ dưới thời chính quyền Biden đã công bố khoản tài trợ 4 triệu USD cho một dự án thử nghiệm pin cát tại cơ sở Flatiron của Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia (NREL) ở ngoại ô Boulder, bang Colorado.

Nhóm nghiên cứu tại NREL ước tính rằng hệ thống thương mại dựa trên mô hình của họ có thể giữ lại hơn 95% nhiệt lượng trong tối thiểu 5 ngày. Thậm chí, theo PV Magazine, họ tin rằng có thể đạt được mức chi phí lưu trữ điện hóa (levelized cost of storage) chỉ 5 cent/kWh trong nhiều kịch bản khác nhau.

Tuy nhiên, số phận của dự án này vẫn chưa rõ ràng.