Sáng tạo công nghệ chỉ có ý nghĩa khi thâm nhập được thị trường.
Pin cho điện lưới
Một cuộc cách mạng cho hệ thống điện lưới với pin kim loại lỏng
| “Cục” pin nặng 100 cân được làm bằng thép dày, đường kính 16 inch, bên trong có hai đĩa kim loại và một ít bột muối, trên mặt được hàn kín. “Cục” pin này có thể sẽ là thành phần của lưới điện thế hệ mới.
Không chỉ kích thước khác thường, hóa chất được dùng trong công nghệ pin mới của Ambri cũng không giống bất kỳ thứ nào hiện được dùng trong các loại pin hiện nay. Khi “cục” pin này được nung nóng đến khoảng 500°C, kim loại và bột bên trong pin (tương ứng điện cực và điện phân) sẽ tan chảy. Kết quả pin có các thành phần ở dạng lỏng. | |  |
Pin sạc thông thường có các điện cực rắn bị suy giảm qua thời gian sử dụng nhưng pin "lỏng" có thể sử dụng qua nhiều năm mà khả năng lưu trữ không mất đi bao nhiêu. Vật liệu nóng chảy cũng có thể hoạt động ở cường độ dòng điện cao hơn nhiều hơn so với vật liệu rắn, và hoạt động trong thời gian dài hơn. Loại pin mới này (dùng kim loại lỏng) có thể dùng để “tích trữ” điện từ năng lượng mặt trời và gió hay từ lưới điện (vào giờ thấp điểm), và cấp trở lại bổ sung cho lưới điện vào giờ cao điểm. Vì pin cố định dùng cho điện lưới không cần phải nhẹ như pin dùng cho máy tính xách tay hay điện thoại di động nên có thể chế tạo với những chất liệu rẻ tiền và sản xuất đơn giản.
Sadoway, giáo sư hóa vật liệu tại MIT, nảy sinh ý tưởng lưu trữ điện lưới vào năm 2005 khi nhìn những lò luyện nhôm. Những chiếc máy to đùng này sử dụng một lượng lớn điện để trích xuất nhôm từ oxit nhôm nóng chảy thông qua điện phân. Là một nhà luyện kim, Sadoway nhìn ra việc nấu chảy kim loại có thể cung cấp một hình thức sạc pin để điều tiết lưới điện.
Để chế tạo pin, Sadoway chọn magiê và antimon làm điện cực vì chúng rẻ và tách rời tự nhiên khi ở dạng lỏng (magiê nhẹ hơn nổi lên trên), và dùng muối lỏng làm chất điện phân (nằm giữa các điện cực).
Khi pin sạc, nó hoạt động như lò luyện nhôm, giải phóng magiê khỏi hợp kim và gửi trở lại qua chất điện phân để tái hợp điện cực magiê. Dòng chảy ion tạo ra nhiệt được sử dụng để giữ các điện cực kim loại ở trạng thái lỏng. Khi pin được dùng đến để cấp điện cho lưới điện, các nguyên tử magiê ở lớp trên cùng (anode, cực dương) sẽ giải phóng các electron. Các ion magiê sinh ra đi qua lớp điện phân và tương tác với antimon tạo thành một hợp kim làm dày lên lớp dưới cùng của pin (cathode, cực âm).
 | Năm 2007, Bradwell, khi đó còn là sinh viên trong phòng thí nghiệm của Sadoway, đã dùng công nghệ trên chế tạo thử thành công quả pin nhỏ. Hai năm sau, nghiên cứu này nhận được 11 triệu USD tài trợ từ ARPA-E (Advanced Research Projects Agency-Energy) và tập đoàn Total của Pháp. Năm 2010, Sadoway và Bradwell thành lập công ty Liquid Metal Battery và được Bill Gates và Total đảm bảo kinh phí hoạt động ban đầu. Hè năm 2011, công ty đổi tên thành Ambri lấy theo các ký tự giữa của "Cambridge", nơi phát sinh công nghệ.
Cuối năm nay, Ambri có kế hoạch thực hiện một mô-đun cỡ tủ lạnh với hàng trăm tế bào pin. Năm tới, công ty dự kiến đưa ra sản phẩm thương mại đóng gói 80 mô-đun pin có công suất 500 Kwh và lưu trữ được 2 megawatt-giờ.
|
Hoạt động lưới điện cần đảm bảo cân bằng ổn định giữa lượng điện tiêu thụ và lượng điện tạo ra. Lưới điện phải có khả năng đáp ứng nhu cầu lúc cao điểm thường xảy ra khi người ta bật điều hòa vào những ngày hè nóng bức chẳng hạn. Hiện có những giải pháp sử dụng điện gió và mặt trời bổ sung cho điện lưới, nhưng nguồn cung từ các nguồn năng lượng “xanh” không đảm bảo liên tục. Nếu Ambri hoặc bất cứ công ty nào khác có thể làm cho việc lưu trữ điện lưới với giá rẻ và đáng tin cậy, cách chúng ta sử dụng điện sẽ thay đổi.
Nest: thiết kế sáng tạo
Chiếc rơle nhiệt khiêm tốn trở nên có vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm điện.
Ngay từ năm 2007 Tony Fadell đã “nhìn thấy” tương lai: người ta sẽ luôn mang theo mình máy tính kết nối internet "trong túi". Fadell chính là người đã tạo ra iPod, khi ấy đang dẫn dắt nhóm phát triển iPhone sắp ra mắt của Apple.
Tầm nhìn về “internet kết nối mọi thứ” được Fadell đưa vào dự án xây dựng ngôi nhà tiết kiệm năng lượng trong mơ gần Lake Tahoe. Ông đã làm các kiến trúc sư bối rối với yêu cầu mọi thứ trong nhà, từ truyền hình đến nguồn điện, đều phải sẵn sàng cho việc điều khiển từ internet và ứng dụng di động. Đến lúc chọn rơle nhiệt có thể lập trình cho hệ thống điều hòa (HVAC), do các rơle hiện có trên thị trường giá cao và "chẳng có chút thông minh" nên ông quyết định tự thiết kế lấy.
Rơle nhiệt theo hình dung của Fadell có thể điều khiển từ smartphone, đủ thông minh để biết thói quen của chủ nhân và tự lập lịch trình thích hợp hoặc tự động tắt khi nhà không còn ai. Ông cho rằng rơle nhiệt có thể làm điều đó nếu nó thực sự là một máy tính nhỏ có kết nối internet. Khi bắt tay vào thiết kế các tính năng, Fadell cảm nhận được ý tưởng của mình cũng sẽ hấp dẫn người khác, ngay cả khi ngôi nhà của họ chưa… “thông minh”. Với khoảng 10 triệu rơle nhiệt bán ra tại Mỹ mỗi năm, đây là một công việc kinh doanh béo bở. Rơle nhiệt nói chung kiểm soát một nửa lượng điện sử dụng trong các ngôi nhà (tại Mỹ), nếu được thiết kế tốt hơn có thể giảm đáng kể điện năng tiêu thụ. Fadell rời Apple ở tuổi 40, kéo theo Matt Rogers khi đó 27 tuổi đang phụ trách phát triển phần mềm iPhone để cùng thành lập Nest.
| Cả nửa thế kỷ nay việc kiểm soát điện năng trong nhà được giao phó cho các rơle nhiệt. Về lý thuyết, nếu có thể lập lịch hoạt động cho hệ thống điều hòa thì sẽ tiết kiệm được điện năng vì không phải chạy liên tục. Tuy nhiên, rất khó lập lịch với các rơle nhiệt dùng núm xoay hay thanh trượt hoặc màn hình nhỏ xíu kèm hàng đống nút bấm. Thực tế nhiều người chỉ làm mỗi việc tắt mở và rơle nhiệt có thể khiến cho | |  |
người ta sử dụng nhiều điện hơn. Vì lý do này, năm 2009 cơ quan Bảo vệ Môi trường của Mỹ đã loại bỏ rơle nhiệt khỏi chương trình cấp chứng chỉ tiết kiệm năng lượng.
“Nếu 99,9% thời gian, việc duy nhất bạn làm là bật hoặc tắt thì chỉ cần một nút bấm; những chức năng phức tạp hơn, như thiết lập lịch, có thể thực hiện qua ứng dụng di động”, đó chính là giải pháp của Fadell và Rogers. Giải pháp đơn giản hóa này giải phóng rơle Nest khỏi đống nút bấm, chỉ còn là một hộp tròn nhỏ gọn.
Không chỉ đơn giản hóa thiết kế, Fadell và Rogers còn tính toán mọi mặt sao cho từ lắp đặt đến vận hành đều thật tiện lợi cho người dùng. Bạn không cần khoan lỗ hoặc bắt tắc kê, thiết bị có thể bấu lên tường (thêm một sáng chế của Nest). Thiết bị tự cấp nguồn qua dây điều khiển nối với hệ thống điều hòa. Nhờ cảm biến hồng ngoại, thiết bị tự sáng lên khi bạn đến gần và tối đi khi bạn rời xa, nó có thể nhận biết khi bạn rời nhà để tắt hệ thống điều hòa. Độ thông minh của rơle nhiệt thể hiện rõ nhất sau vài ngày lắp đặt, khi bạn chuẩn bị điều chỉnh nhiệt độ và nhận thấy nó đã tự điều chỉnh trước nhờ học hỏi từ những lần điều chỉnh trước đó của bạn.
Ngoài việc việc tiết kiệm điện nhờ khả năng phát hiện khi nhà trống (không có người) và nhận biết thói quen của chủ nhân, Nest còn tiết kiệm điện nhờ biết cách giảm thiểu việc sử dụng hệ thống làm lạnh và tối đa hóa việc sử dụng quạt của máy điều hòa. Nó cũng tập cho người ta sử dụng ít điện năng hơn: khi dùng điện ít đi, họ sẽ thấy một biểu tượng chiếc lá màu xanh trên rơle nhiệt và trên giao diện web cũng như di động. Chiếc lá sẽ không xuất hiện nếu việc tiêu thụ điện giảm do thay đổi về thời tiết. Nest còn có thể thay đổi định mức buộc người ta phải cắt giảm sử dụng điện hơn nữa để tiếp tục nhìn thấy chiếc lá.
Sản phẩm đầu tiên của Nest tung ra thị trường vào tháng 10/2011 và được đón nhận nồng nhiệt. Ngành công nghiệp HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning là một ngành liên quan đến việc áp dụng công nghệ để tạo môi trường sống thoải mái cho con người) đang lặng lẽ bị sốc bởi những ý tưởng mới mẻ của thiết bị có khả năng “học” và nhận biết hành vi của chủ nhân, và có thể điều khiển bằng ứng dụng di động. Một năm sau, tháng 10/2012, Nest đưa ra model thứ hai với nhiều cải tiến. Cả hai model đều hút hàng. Ước tính, rơle nhiệt giá 250 USD này đã giúp tiết kiệm 225 triệu kilowatt điện, khoảng 29 triệu USD theo giá điện trung bình tại Mỹ.
Chỉ với thiết kế khéo léo và hiểu biết về điện toán, Nest có thể tạo ảnh hưởng lớn hơn nhiều công ty khác ở Silicon Valley đang cố vẽ nên "công nghệ sạch". Các nhà nghiên cứu cho rằng Nest có thể dẫn đến một làn sóng công nghệ hứa hẹn giảm đáng kể điện năng sử dụng trong gia đình.
Nest cũng lôi cuốn các công ty điện lực. Khả năng kết nối internet của thiết bị cho phép công ty điện đưa ra các chương trình "theo nhu cầu" thông minh hơn, ví dụ như khách hàng được giảm giá khi cho phép công ty điện điều chỉnh rơle nhiệt của họ trong giờ cao điểm, nhờ đó giảm đột biến trong sử dụng điện.
Công nghệ của Nest có thể áp dụng cho mọi thành phần khác trong nhà, và những người sáng lập công ty cho biết kế hoạch của họ không chỉ chế tạo rơle nhiệt. Sắp tới chúng ta có thể sẽ chứng kiến trận chiến công nghệ biến mọi thứ trong nhà đều trở nên thông minh.
Năng lượng và vật liệu
12 công ty sáng tạo nhất trong năm 2013 theo Technology Review
| ABB
Hoàn thiện bộ ngắt mạch cho dòng điện DC cao áp - một bước quan trọng để sử dụng rộng rãi năng lượng tái tạo.
Alta Devices
Nâng cao hiệu suất năng lượng mặt trời. Những tấm pin uốn cong được của Alta có thể dùng để cấp nguồn di động.
Ambri
Chế tạo pin kim loại lỏng có khả năng hấp thu lượng điện lớn, có thể dùng cho lưu trữ điện lưới.
Aquion Energy
Bắt đầu bán ra một loại pin mới với giá rẻ, có thể dùng để lưu trữ điện lưới.
BrightSource Energy
Khai trương nhà máy năng lượng mặt trời lớn nhất dùng gương phản chiếu ánh sáng lên tháp tạo hơi nước.
| | Corning
Sản xuất một loại kính mới mỏng và dẻo nhưng đủ cứng để sử dùng cho các thiết bị dùng màn hình cảm ứng.
Dow Chemical
Thương mại hóa tấm lợp mái kết hợp vật liệu quang điện rẻ gấp rưỡi các tấm năng lượng mặt trời hiện đang được dùng.
Nest
Tiếp thị một rơle nhiệt biết nhiệt độ ưa thích của người sử dụng và điều chỉnh để đạt hiệu quả tối ưu.
General Electric
Giúp các công ty điện lực sử dụng năng lượng gió và mặt trời.Tuabin khí mới của GE kích hoạt nhanh chóng khi nguồn điện “xanh” không sử dụng được.
Philips
Chế tạo các bóng đèn LED hiệu quả và hữu dụng hơn. Loại bóng đèn mới này có thể điều khiển bằng điện thoại và máy tính bảng.
|