Sản xuất năng lượng từ những nguồn nhiệt thừa

Con người đang lãng phí rất nhiều năng lượng đến từ các nguồn xung quanh chúng ta.

Nhiệt là năng lượng, và hàng ngày chúng ta đang lãng phí rất nhiều nhiệt. Khi máy móc và các tòa nhà đốt nhiên liệu để vận hành, thậm chí cả cơ thể của chúng ta hoạt động cũng phát nhiệt vào không khí.

Cơ thể chúng ta, máy móc và các tòa nhà đang tỏa ra rất nhiều nhiệt. Liệu chúng ta có thể sử dụng nhiệt thừa đó không? (Ảnh: Robyn Phelps/ Insider).

Các thành phố đang thừa mứa sản phẩm phụ này. Theo Cục bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA), các thành phố ở nước này nóng hơn 13 độ C so với vùng nông thôn xung quanh.

EPA ước tính rằng hơn 60% năng lượng ở Mỹ bị bỏ phí chính là nhiệt năng. Nếu thu hồi được lượng nhiệt này, các cơ sở kinh doanh và nhà nước có thể đảm bảo được một nguồn năng lượng tại chỗ rất dồi dào mà không cần đến nhiên liệu hóa thạch.

Hiện nay, châu Âu và Canada đang triển khai các dự án thu hồi và sử dụng nhiệt thừa.

Ở một câu lạc bộ đêm ở Glasgow, Anh, nhiệt tỏa ra từ cơ thể những khách đến chơi được thu hồi qua các phễu và dẫn vào các căn phòng lạnh hơn. Một quận ở London cũng đang thu hồi nhiệt từ các đường hầm tàu điện ngầm và đưa lượng nhiệt này đến các ngôi nhà gần đó.

Đường ống bên dưới một con đường ở Đức lưu thông chất lỏng hấp thụ nhiệt của nhựa đường vào mùa hè, được tích trữ và sử dụng trở lại để làm ấm và khô con đường đó vào mùa đông.

Những dự án này tuy nhỏ nhưng đang là những dự án tiên phong mở đường để các nước và các cơ sở kinh doanh khác bắt tay vào khai thác nhiệt thừa xung quanh chúng ta.

Vùng ngoại ô Vancouver, Canada, tái chế nhiệt từ cống thoát nước

Trạm bơm nước thải ở làng Olympic ở Vancouver cũng đồng thời là một nhà máy thu hồi nhiệt. (Ảnh: Thành phố Vancouver).

Khi bạn rửa bát, tắm gội, giặt giũ, nước nóng chảy xuống cống và đổ vào hệ thống đường ống nước thải. Nếu bạn đang sống ở False Creek, ngoại ô Vancouver, Canada, thì nhiệt từ nước thải đó có thể quay trở lại sưởi ấm căn nhà của bạn.

Ở hầu hết các nơi, nước thải đi qua trạm bơm để vào nhà máy xử lý nước thải. Nhưng ở False Creek, trạm bơm cũng chính là một nhà máy thu hồi nhiệt.

Một phần nước cống được đưa đến các máy bơm nhiệt để tách lấy nhiệt, nhiệt này được truyền vào nước trong một hệ thống đường ống khác và tích tụ làm cho nhiệt độ nước ở đây nóng đến 80 độ C. Nước nóng này được đưa đến các hộ gia đình trong khu vực.

Dự án này được khởi công vào năm 2010 khi thành phố xây dựng một làng trung tâm bền vững phục vụ cho Thế vận hội Olympic Mùa đông. Để sưởi ấm những ngôi nhà mới mà chỉ cần sử dụng tối thiểu nhiên liệu hóa thạch, thành phố đã dựa vào hệ thống nước thải.

Ngày nay, dự án này thu hồi nhiệt từ nước thải và đưa đến cho 44 tòa nhà bao gồm hơn 6.000 nhà ở, một ký túc xá đại học, một bảo tàng khoa học và nhiều trung tâm thương mại.

Các trung tâm dữ liệu cũng có thể sưởi ấm nhà ở

Thành phố Stockholm, Thụy Điển, là một ví dụ điển hình sử dụng nguồn nhiệt vô cùng dồi dào từ các trung tâm dữ liệu.

Thế giới đang cần ngày càng nhiều các kho chứa máy chủ máy tính để xử lý và lưu trữ thông tin. Việc này cũng khiến các nhà kho nóng lên và tỏa ra rất nhiều nhiệt.

Công ty Stockholm Exergi đã mua nhiệt thừa từ các trung tâm dữ liệu lân cận và chuyển đến các ngôi nhà. Bên cạnh đó, Exergi còn mua nhiệt thải từ các cơ sở kinh doanh trong thành phố, như là nhà máy sản xuất men, siêu thị và đường nước thải.

Trong các nguồn nhiệt này, trung tâm dữ liệu đóng góp nhiều nhất, khoảng 90% nhiệt của toàn khu vực.

Còn nhiều nhiệt chưa được khai thác dưới lòng đất

Trung tâm năng lượng thu hồi nhiệt nước thải nằm dưới một cây cầu. Những cột nhiệt hình móng tay có bảng đèn LED trên cùng thay đổi màu sắc tùy theo mức độ năng lượng được tách ra từ hệ thống. (Ảnh: Thành phố Vancouver).

Đảo nhiệt đô thị - dòng hoạt động khiến các đô thị trở nên nóng hơn - mở rộng xuống cả dưới đất. Nhiệt thừa có thể gây hại cho hệ sinh thái dưới các lòng sông, vì cá và các dạng sự sống khác ưa nước mát hơn.

Nước ngầm bị sưởi ấm quá mức cũng ảnh hưởng đến chất lượng nước uống, vì môi trường nước ấm có thể tạo điều kiện cho vi trùng sinh sôi hoặc khiến cho các kim loại nặng nhiễm vào đất xung quanh.

Nhưng chúng ta có thể làm mát lòng đất và cắt giảm sử dụng nhiên liệu hóa thách bằng cách thu giữ nhiệt trong lòng đất.

Một nghiên cứu tiến hành năm 2022 cho biết "một mũi tên có thể bắn trúng hai đích". Chúng ta có thể có được năng lượng không carbon, đồng thời giảm tác động của biến đổi khí hậu và đô thị hóa lên môi trường.

Bà Susanne Benz, đồng tác giả của nghiên cứu, cùng các đồng nghiệp đã đánh giá hơn 8.000 địa điểm, hầu hết là ở châu Âu. Họ nhận thấy rằng khoảng 25% những nơi này có đủ nhiệt dưới đất để tái chế năng lượng.

Tỷ lệ này chắc chắn sẽ tăng lên cùng với việc nhiệt độ toàn cầu tăng. Theo đánh giá của nghiên cứu, vào cuối thế kỷ này, 73% địa điểm nói trên sẽ có thể đáp ứng toàn bộ nhu cầu sưởi của con người ở đây nhờ vào nguồn nhiệt từ lòng đất.

Khai thác nước ngầm là một cách tận dụng nguồn nhiệt dưới lòng đất. Các khu vực không có nước ngầm có thể đặt các đường ống dưới lòng đất và luân chuyển chất lỏng qua đường ống này để hấp thụ nhiệt và đưa lên bề mặt.

Ngoài ra các đường tàu điện ngầm cũng là nơi dễ dàng để bắt đầu công việc thu hồi nhiệt thải. Năm 2020, vùng ngoại ô Islington của London đã xây dựng một hệ thống phễu thu hồi nhiệt từ các đường tàu điện ngầm để đưa đến các hộ gia đình.

"Nhiệt cần một chút thời gian để di chuyển dưới lòng đất. Vì thế, nếu bạn canh đúng thời điểm và đặt máy bơm nhiệt hoặc đường ống ở độ sâu chính xác thì tất cả nhiệt thừa từ mùa hè sẽ đến được vào mùa đông, khi bạn thực sự cần sưởi ấm. Trong trường hợp này, mặt đất chính là tấm pin lưu nhiệt" - bà Benz khẳng định.

Cập nhật: 19/07/2023 Dân Trí