Sâu trong mỏ quặng bỏ hoang, người ta vừa tìm thấy "thứ vô giá" có thể đặt dấu chấm hết cho pin lithium!

Những mỏ quặng bỏ hoang tưởng chừng vô dụng nhưng thực chất đang chứa một "kho báu" đúng nghĩa trong ngành năng lượng sạch toàn cầu: Pin trọng lực.

Khi quá trình chuyển đổi toàn cầu sang năng lượng tái tạo tăng tốc, việc lưu trữ điện sạch - vốn được tạo ra từ các nguồn không liên tục, chẳng hạn như năng lượng mặt trời và gió - trở nên cấp thiết hơn. 

Bởi sản lượng có thể giảm xuống gần bằng 0 khi mặt trời không chiếu sáng và gió ngừng thổi. Hơn nữa, sự gia tăng của xe điện (EV) cho thấy tương lai nhu cầu điện có thể tăng vọt.

Lúc này, các nhà khoa học tìm ra giải pháp thay thế mang tên pin trọng lực (gravity batteries).

Không giống như pin lithium-ion, pin trọng lực dựa vào nguyên lý vật lý cơ bản thay vì kim loại hiếm. Đúng như cái tên của mình, pin trọng lực sử dụng một trong những lực đơn giản nhất của vũ trụ - trọng lực (hay lực hấp dẫn) - để lưu trữ lượng năng lượng lớn. 

Phương pháp này, hiện đang được thử nghiệm dưới nhiều hình thức khác nhau trên toàn thế giới, hứa hẹn có thể đặt dấu chấm hết cho pin lithium để chuyển sang một giải pháp thay thế sạch hơn, bền hơn và linh hoạt hơn về mặt địa chính trị, Interestingengineering cập nhật thông tin giữa tháng 3/2025.

Sau đây là những thông tin bạn cần biết về công nghệ này, tính khả thi của nó và một số dự án tiên phong đang tìm cách chứng minh nó trên quy mô lớn.

Pin trọng lực là gì?

Nói một cách ngắn gọn, pin trọng lực tận dụng nguyên lý thế năng để hoạt động [Nguyên lý thế năng liên quan đến năng lượng được lưu trữ trong một vật thể dựa trên vị trí của nó trong một trường lực, thường là lực hấp dẫn]. 

Thế năng được lưu trữ khi bạn "đưa" vật thể lên cao. Khi vật rơi xuống, thế năng này có thể được chuyển hóa thành động năng, giúp vật thực hiện công việc như tạo ra điện - Đây chính là nguyên lý hoạt động của pin trọng lực.

3 hình thức lưu trữ năng lượng dựa trên thế năng

(1) Các hình thức lưu trữ năng lượng dựa trên lực hấp dẫn đã xuất hiện và tồn tại hơn một thế kỷ. Một trong những loại công nghệ phổ biến nhất là hệ thống thủy điện tích năng. 

Trong thiết lập này, nước được giải phóng từ độ cao, tạo ra điện bằng cách quay các tua-bin khi nước chảy xuống dốc. Khi có năng lượng dư thừa, nước đó được bơm trở lại điểm xuất phát.

"Công trình độc nhất Việt Nam hiện nay" - Nhà máy thủy điện tích năng Bác Ái (tại huyện Bắc Ái, tỉnh Ninh Thuận) với mức đầu tư 21.100 tỷ đồng - khởi công ngày 22/2/2025 - cũng dùng nguyên lý này.

Hình minh họa về nhà máy thủy điện tích năng.

(2) Vào năm 2022, các nhà khoa học từ Viện Phân tích Hệ thống Ứng dụng Quốc tế (IIASA) của Áo đã đề xuất một loại pin trọng lực khác. 

Ý tưởng cơ bản là các thang máy trong các tòa nhà cao tầng sẽ sử dụng hệ thống phanh tái tạo để sản xuất điện khi hạ các vật tải trọng từ tầng cao xuống tầng thấp. Các robot kéo rơ-moóc tự động sẽ đảm nhiệm việc đưa và lấy các tải trọng vào và ra khỏi thang máy khi cần thiết.

(3) Điều đó đưa các nhà khoa học đến Kho lưu trữ năng lượng trọng lực ngầm (UGES) trong các mỏ hoang - có khả năng lên tới hàng triệu địa điểm trên toàn cầu - nhằm biến các mỏ đã ngừng hoạt động thành giải pháp lưu trữ năng lượng lâu dài, qua đó hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng bền vững. Khám phá này được Viện Phân tích Hệ thống Ứng dụng Quốc tế (IIASA) phát hiện năm 2023.

Các thành phần chính của UGES bao gồm: Trục mỏ, động cơ kiêm máy phát điện, vị trí lưu trữ cát ở trên và dưới lòng đất, cùng với thiết bị khai thác. 

Độ sâu và độ rộng của trục mỏ quyết định lượng năng lượng mà hệ thống có thể khai thác, trong khi kích thước mỏ ảnh hưởng đến khả năng lưu trữ năng lượng của hệ thống.

UGES hoạt động bằng cách chuyển đổi thế năng của cát thành điện năng. Khi giá điện cao, cát được hệ thống trục hạ xuống các mỏ sâu dưới lòng đất, tạo ra điện thông qua hệ thống phanh tái tạo. Ngược lại, khi giá điện thấp, cát được nâng từ mỏ lên hồ chứa phía trên bằng động cơ điện để tích trữ năng lượng.

Pin trọng lực trong mỏ hoang có thể lưu trữ 7 đến 70 TWh

Các nhà khoa học thuộc Viện Phân tích Hệ thống Ứng dụng Quốc tế (IIASA) ước tính rằng UGES có thể có tiềm năng lưu trữ năng lượng toàn cầu từ 7 đến 70 TWh (terawatt giờ), với hầu hết các hệ thống được đặt tại các quốc gia đã có nhiều mỏ bỏ hoang như Trung Quốc, Ấn Độ, Nga và Mỹ...

"Để khử carbon cho nền kinh tế, chúng ta cần tái định hình hệ thống năng lượng bằng cách áp dụng các giải pháp sáng tạo sử dụng nguồn tài nguyên hiện có. Việc biến các mỏ bị bỏ hoang thành nơi lưu trữ năng lượng là một trong nhiều giải pháp tiềm năng mà chúng ta có thể triển khai bằng cách thay đổi phương pháp thực hiện" - Behnam Zakeri, đồng tác giả nghiên cứu và nhà nghiên cứu trong Chương trình Năng lượng, Khí hậu và Môi trường của IIASA, kết luận.

Nhà nghiên cứu Julian Hunt thuộc IIASA - tác giả của bài viết về UGES - tuyên bố rằng ông đang phát triển "các khái niệm lưu trữ năng lượng trọng lực thú vị khác" và dự kiến sẽ được công bố vào cuối năm 2025.