Khoa học vật liệu có thể giúp giải quyết các thách thức về năng lượng

Phát biểu khai mạc chuỗi sự kiện, PGS.Vũ Hải Quân, UVTW Đảng, Giám đốc Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh nhiệt liệt chào đón các diễn giả, nhà khoa học và các đại biểu trong nước và quốc tế đã tham dự sự kiện. Ông nhấn mạnh, các cuộc tọa đàm không chỉ là diễn đàn trao đổi học thuật mà còn là nơi khởi nguồn, hình thành nên các ý tưởng và giải pháp, với tiềm năng định hình một tương lai tốt đẹp hơn cho các thế hệ mai sau.

Nền tảng cho phát triển bền vững

Tọa đàm “Vật liệu cho tương lai bền vững” là sự kiện đầu tiên mở màn cho chuỗi tọa đàm "Khoa học vì cuộc sống". Chủ trì phiên tọa đàm là GS. Richard Henry Friend (Đại học Cambridge, Anh) - Chủ tịch Hội đồng Giải thưởng VinFuture.

Hiện nay, phát triển vật liệu và năng lượng xanh là trọng tâm của chuyển đổi xanh toàn cầu, giúp giảm phát thải carbon và thúc đẩy kinh tế tuần hoàn. Năng lượng tái tạo như mặt trời, gió và thủy điện đóng vai trò quan trọng trong giải quyết khủng hoảng năng lượng. Đặc biệt, vật liệu tiên tiến như silicon và perovskite trong pin mặt trời cải thiện hiệu suất và giảm chi phí, góp phần bảo vệ môi trường và đạt mục tiêu phát triển bền vững.

Tại phiên tọa đàm, dưới sự dẫn dắt của GS. Richard Friend, các nhà khoa học đã trao đổi về: Sử dụng năng lượng và những vấn đề môi trường của pin; ảnh hưởng của các vật liệu năng lượng đến môi trường; các giải pháp bền vững cho pin mặt trời; nâng cao hiệu năng của pin mặt trời…

Với tham luận “Hướng đi tương lai của silicon trong sự phát triển của công nghệ năng lượng mặt trời”, GS. Martin Andrew Green (Đại học New South Wales, Australia) đã cung cấp bức tranh tổng quan toàn diện về công nghệ năng lượng mặt trời silicon. Ông chỉ ra pin mặt trời silicon đang tiến gần đến giới hạn hiệu suất lý thuyết ở mức 29,4%. Đồng thời, việc sản xuất pin mặt trời silicon đòi hỏi nhiệt độ cực cao - trên 1000°C, đồng nghĩa với việc cần sử dụng rất nhiều năng lượng. Vật liệu bạc được sử dụng trong kết nối điện đang trở nên ngày càng khan hiếm - ngành công nghiệp điện mặt trời hiện đã sử dụng tới 15% sản lượng bạc toàn cầu. Và việc sử dụng indium trong các dây dẫn trong suốt cũng đang phải đối mặt với những thách thức tương tự.

Theo ông, nghiên cứu về vật liệu mới đang mở ra những hướng đi đầy hứa hẹn cho pin mặt trời thế hệ mới. Những vật liệu này có tiềm năng vượt trội so với silicon truyền thống về nhiều mặt.

Theo GS. Marina Freitag (Đại học Newcastle, Anh), cuộc khủng hoảng khí hậu đòi hỏi con người phải mở rộng quy mô sản xuất năng lượng mặt trời, ứng với mục tiêu đến năm 2030 công suất điện mặt trời cần đạt là 3 TW - tương đương với 7,5 tỷ tấm pin mặt trời cần được lắp đặt trong thập kỷ này.

GS. Marina Freitag đã chia sẻ cách kết hợp các vật liệu được lựa chọn kỹ lưỡng với silicon có thể tạo ra pin mặt trời không chỉ mang lại hiệu suất cao hơn mà còn bền vững hơn. Đó là Perovskite. Theo GS. Marina Freitag, Perovskite có thể được xử lý ở nhiệt độ thấp, sử dụng lượng vật liệu ít hơn trong khi có tính linh hoạt rất cao. “Điểm đặc biệt của thiết kế này là sử dụng silicon ít hơn 85% so với các pin mặt trời thông thường nhưng lại tạo ra nhiều năng lượng hơn. Lớp perovskite có thể được xử lý ở nhiệt độ dưới 200°C, so với mức 1000°C của silicon. Việc giảm đáng kể nhiệt độ xử lý này đồng nghĩa với mức tiêu thụ năng lượng sản xuất thấp hơn đáng kể” – bà cho biết.

Theo bà, cuộc cách mạng vật liệu này có sự liên kết chặt chẽ với những nghiên cứu của GS. Seth Marder (Đại học Colorado Boulder, Hoa Kỳ) về polyme để hướng tới mục tiêu chung: Vật liệu bền vững cho tương lai năng lượng sạch.

AI đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu vật liệu

Từ trước tới nay, việc khám phá và tối ưu hóa vật liệu sử dụng cho pin mặt trời là một quá trình tốn nhiều thời gian và nguồn lực, thường đòi hỏi thực hiện nhiều thử nghiệm thực nghiệm rộng rãi. Nhưng với trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học, giờ đây con người có thể mô phỏng và dự báo phản ứng của vật liệu trên quy mô lớn, giúp xác định các ứng viên triển vọng nhanh hơn bao giờ hết.

"Thuật toán AI có thể đánh giá hàng nghìn vật liệu tiềm năng, phân tích các đặc tính, độ ổn định và tác động của chúng tới môi trường. Thông qua xử lý các điểm dữ liệu này, mô hình máy học có thể xác định chính xác các vật liệu mang lại sự cân bằng tốt nhất giữa hiệu suất, độ ổn định và tính bền vững. Đột phá này cho phép chúng ta tập trung vào các vật liệu không chỉ đáp ứng các tiêu chuẩn hiệu năng cao mà còn giảm sự phụ thuộc vào các nguyên tố khan hiếm hoặc độc hại” - GS. Marina Freitag chia sẻ.

“Tại một đại học tại HongKong, họ thấy rằng AI giúp cắt giảm thời gian trong quá trình mô phỏng máy tính về vật liệu, sắp xếp các lớp khác nhau lên Silicon, đưa ra các định hướng nghiên cứu rất tiết kiệm thời gian, tạo ra đường tắt trong nghiên cứu vật liệu. Tôi ủng hộ vai trò AI trong nghiên cứu” - GS Martin Green bày tỏ.

Những khám dựa vào AI giúp rút ngắn đáng kể thời gian nghiên cứu và phát triển, giúp đưa các vật liệu bền vững từ phòng thí nghiệm ra thị trường nhanh chóng hơn. Công nghệ này rất quan trọng khi chúng ta đang nỗ lực đạt được các mục tiêu về Net zero bằng cách triển khai nhanh các công nghệ năng lượng mặt trời sạch hơn, hiệu quả hơn được thiết kế để đảm bảo tính bền vững ngay từ ban đầu.