Pin cát giữ nhiệt: Giải pháp xanh cho tương lai năng lượng

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của điện mặt trời và điện gió, bài toán lưu trữ năng lượng dư thừa đang trở thành ưu tiên hàng đầu. Không chỉ có pin điện, các nhà khoa học giờ đây đang hướng tới một giải pháp tưởng như đơn giản: dùng cát để giữ nhiệt. Ý tưởng này không mới, nhưng giờ đây đã trở nên thực tế hơn bao giờ hết, đặc biệt khi được ứng dụng bởi những công ty công nghệ như Polar Night Energy (Phần Lan).

Trong số các vật liệu tự nhiên, cát nổi bật nhờ khả năng chịu nhiệt cao và giữ nhiệt lâu. Không độc hại, dễ khai thác và không phân hủy ở nhiệt độ cao, cát trở thành một trong những vật liệu lưu trữ nhiệt năng đáng tin cậy nhất. Đặc biệt, vì không chứa hóa chất, pin cát hoàn toàn tránh được các nguy cơ cháy nổ như những loại pin truyền thống khác.

Hệ thống pin cát hoạt động dựa trên nguyên lý tích nhiệt thay vì tích điện. Khi nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời tạo ra điện dư thừa, điện năng này sẽ được dùng để đốt nóng không khí. Luồng không khí nóng sẽ đi qua khối cát được cách nhiệt kỹ lưỡng, từ đó tích tụ lại lượng nhiệt lớn. Khi cần sử dụng, không khí lạnh sẽ được thổi ngược lại qua cát để hấp thụ nhiệt, cung cấp năng lượng nhiệt cho hệ thống sưởi hoặc các nhu cầu công nghiệp.

Hiệu suất của công nghệ này đạt mức rất cao – tới 99% nếu dùng trực tiếp cho sưởi ấm. Điều đó đồng nghĩa với việc rất ít năng lượng bị thất thoát trong quá trình lưu trữ và sử dụng, đặc biệt trong bối cảnh các quốc gia đang tìm cách tận dụng tối đa điện gió và điện mặt trời trong thời điểm thừa công suất.

Dự án thương mại đầu tiên của pin cát đã ra đời từ năm 2022 tại thị trấn Kankaanpää (Phần Lan), do công ty Polar Night Energy triển khai. Hệ thống này sử dụng 2.000 tấn đá nghiền – tương tự như cát – để tích nhiệt, đủ năng lực sưởi ấm cho cả thị trấn nhỏ trong gần một tháng. Từ thành công đó, nhiều nước khác như Mỹ, Latvia, Đức… đang đẩy mạnh nghiên cứu và xây dựng hệ thống pin cát ở quy mô lớn hơn.

Không chỉ phục vụ công nghiệp, một số công ty như Batsand tại Latvia còn phát triển pin cát cỡ nhỏ, đủ dùng cho từng hộ gia đình – mở ra khả năng tự cung cấp năng lượng sưởi ấm trong mùa đông mà không phụ thuộc vào điện lưới.

Dù hiện tại pin cát chưa đủ hiệu quả để biến ngược lại thành điện, nhưng tiềm năng ứng dụng trong việc giữ nhiệt, ổn định hệ thống năng lượng và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch là rất đáng kể. Đặc biệt, các khu vực khí hậu lạnh – vốn cần nhiều nhiệt hơn điện – sẽ là nơi pin cát phát huy tối đa vai trò của mình.

Theo ước tính, thị trường pin cát toàn cầu có thể tăng từ 1,2 tỷ USD năm 2024 lên gần 5 tỷ USD vào năm 2034. Sự tăng trưởng này phản ánh rõ nhu cầu chuyển đổi năng lượng sạch và những kỳ vọng dành cho công nghệ không hóa chất, không nguy cơ cháy nổ này.

Từ những hạt cát vô danh, con người đang thắp lên hy vọng cho một tương lai nơi nhiệt của mặt trời và sức mạnh của gió có thể được giữ lại và sử dụng bất cứ khi nào cần – một bước tiến quan trọng trên hành trình xây dựng thế giới bền vững hơn.