Hoang Hanh Bạn đã bao giờ nghe đến năng lượng từ hoa hay cây cối chưa? Những cây cối có thể cung cấp đủ năng lượng để vận hành một mạch điện, đó là kết quả nghiên cứu sắp được công bố trên một ấn phẩm của Viện Electrical and Electronics Engineers’ Transactions on Nanotechnology.
Tạo ra năng lượng từ một thân cây không chỉ là một giấc mơ dù rằng nó không mạnh đến mức đủ khả năng để thắp sáng một bóng đèn .
“Đây là lần đầu tiên những kết luận về việc vận hành một mạch điện hoàn toàn nhờ năng lượng từ cây cối được công bố”, Babak Parviz, GS giảng dạy ngành kỹ thuật điện Đại học Washington cho biết.
Năm ngoái một cuộc nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts đã phát hiện ra rằng thực vật có thể tạo ra một điện áp lên tới 200 mV khi họ đặt một điện cực vào trong một thân cây và cực còn lại đặt xuống mặt đất gần đó. Sau sự kiện đó, một nhóm nghiên cứu đã được thành lập nhằm khai thác nguồn năng lượng mới này.
Nhóm nghiên cứu thuộc ĐH Washington đã theo đuổi một công trình nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực năng lượng từ thực vật bằng cách xây dựng những hệ thống mạch điện để sử dụng loại năng lượng này. Và lần đầu tiên họ đã vận hành thành công một mạch điện chỉ bằng năng lượng từ thực vật.
Năm ngoái, Carlton Himes, một sinh viên tốt nghiệp tại ĐH Washington đã dành cả một mùa hè để tìm ra những đối tượng thích hợp để tiến hành công trình nghiên cứu. Đóng những cái đinh vào thân cây và nối nó với một điện áp, anh nhận ra rằng những cây có lá to, được trồng nhiều trong khuôn viên ĐH Washington, nhanh chóng tạo ra điện áp lên tới vài trăm mV.
Sau đó nhóm nghiên cứu đã xây dựng những thiết bị có thể vận hành bằng nguồn năng lượng sẵn có này. Brian Otis, phụ giảng về kỹ thuật điện tại ĐH Washington đã chế tạo ra một chiếc máy biến áp tăng điện thế – một thiết bị có thể tích tụ điện áp đầu vào thấp để tạo ra điện áp lớn hơn. Những máy biến áp do nhóm nghiên cứu thiết kế làm việc với điện áp đầu vào khoảng 20mV, một điện áp thấp hơn bất cứ thiết bị hiện có nào. Nó tạo ra một điện áp đầu ra khoảng 1,1V, đủ để vận hành một thiết bị cảm biến năng lượng thấp.
Mạch điện do nhóm nghiên cứu chế tạo gồm những bộ phận có kích thước khoảng vài nnm và nó tiêu thụ trung bình chỉ 10nnW năng lượng trong suốt quá trình hoạt động.
“Những linh kiện điện tử thông thường sẽ không hoạt động với loại điện áp và dòng điện mà chúng tôi khai thác được từ thực vật. Nhưng những thiết bị do chúng tôi tạo ra không chỉ nhỏ về kích thước mà cả về mức độ tiêu thụ điện năng”, Parviz cho biết.
Nhóm nghiên cứu ĐH Washington đang chứng minh rằng một mạch điện có thể dựa hoàn toàn vào năng lượng từ thân cây để hoạt động.Ông nói thêm: “Mặc dù sử dụng những thiết bị năng lượng thấp đặc biệt, máy biến áp và những linh kiện điện tử khác sẽ có phần lớn thời gian ở trạng thái “ngủ” để bảo toàn năng lượng thu được từ thân cây. Điều này cũng tạo ra một rắc rối”.
“Nếu mọi thứ đều đi vào trạng thái “ngủ”, hệ thống sẽ không bao giờ được đánh thức nữa”, Otis cho biết.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm của Otis đã chế tạo một chiếc đồng hồ hoạt động liên tục ở điện áp 350mV chỉ với 1nnW năng lượng, khoảng 1 phần ngàn năng lượng cần cho một chiếc đồng hồ đeo tay. Chiếc đồng hồ năng lượng thấp này cứ 2 giây lại tạo ra một xung điện, cho phép đánh thức hệ thống theo chu kỳ.
Hiện tượng “năng lượng cây” khác hẳn với năng lượng từ khoai tây hay chanh. Với chanh hay khoai tây, 2 điện cực được làm từ 2 kim loại khác nhau phản ứng với thức ăn để tạo ra một hiệu điện thế tiềm năng và kết quả là sinh ra một dòng điện.
“Trong nghiên cứu nầy, chúng tôi đã sử dụng cùng một loại kim loại cho cả 2 điện cực”, Parviz cho biết.
“Năng lượng cây” không có khả năng thay thế năng lượng mặt trời đang được ứng dụng rộng rãi, Parviz thừa nhận. Nhưng hệ thống này có thể cung cấp một ý tưởng về chi phí thấp cho thiết bị cảm biến hoạt động nhờ năng lượng cây cối, có thể được sử dụng để giám sát điều kiện môi trường hay cảnh báo sớm đám cháy rừng. Điện năng thu được cũng có thể sử dụng để đánh giá tình trạng “sức khỏe” của cây.
“Không thể xác định một cách chắc chắn điện áp thu được từ thân cây đến từ đâu. Nhưng dường như có một vài tín hiệu trong những cây tương tự như trong cơ thể con người nhưng với tốc độ chậm hơn”, Parviz cho biết.
“Tôi rất quan tâm đến việc áp dụng kết quả công trình nghiên cứu của chúng tôi như là một cách để khám phá những gì đang diễn ra trong một cây. Khi bạn được bác sĩ khám, điều đầu tiên mà họ đo là mạch đập. Chúng ta thật sự không biết điều tương tự có thể xảy ra với những cây không”.
Tham gia công trình nghiên cứu trên còn có Eric Carlson và Ryan Ricchiuti của ĐH Washington. Nghiên cứu sẽ được Quỹ Khoa học Quốc gia tài trợ một phần chi phí.
