Nhật Bổn, quốc gia luôn dẫn đầu trong đổi mới công nghệ, đang tạo nên một xu hướng mới đầy hấp dẫn: ứng dụng sàn áp điện tại các không gian công cộng.

Công nghệ này cho phép chuyển đổi những bước chân hàng ngày của chúng ta thành điện năng, biến lưu lượng người đi bộ thành một nguồn năng lượng sạch và tái tạo, hứa hẹn một cuộc cách mạng trong việc thiết kế các thành phố thông minh và bền vững trong tương lai.

Hệ thống này dựa trên nguyên lý cảm ứng áp điện (piezoelectricity), được phát hiện vào thế kỷ 19 bởi hai anh em Pierre và Jacques Curie. Họ đã xác định rằng một số vật liệu nhất định, chẳng hạn như thạch anh, có thể tạo ra điện tích khi tác động một áp lực cơ học lên chúng. Trong phiên bản hiện đại, các vật liệu gốm áp điện hoặc polymer được xử dụng dưới lớp gạch, chuyển đổi năng lượng cơ học từ mỗi bước chân thành điện năng.

https://www.youtube.com/shorts/MIv5DFLulX8

Điểm chính của sáng kiến này là các tấm gạch đặc biệt được trang bị vật liệu áp điện, có khả năng chuyển đổi áp lực cơ học thành dòng điện nhỏ. Mỗi bước chân của người đi bộ hay bánh xe lăn qua đều tạo ra sự biến dạng rất nhỏ trên bề mặt tấm gạch, từ đó sinh ra điện năng. Dòng điện này sau đó được lưu trữ trong các thiết bị tích trữ điện năng, hoặc xử dụng trực tiếp, cho các nhu cầu năng lượng cục bộ như chiếu sáng, cảm biến giao thông, biển hiệu kỹ thuật số.

Từ nhà ga Shibuya đến sân bay Narita: Những bước đi "kiến tạo" năng lượng

Mặc dù mỗi bước chân chỉ tạo ra một lượng năng lượng nhỏ, nhưng ở những nơi có lưu lượng người đi bộ cực cao, hiệu ứng tích lũy có thể rất đáng kể. Năng lượng này có thể được lưu trữ hoặc xử dụng theo thời gian thực để cung cấp năng lượng cho đèn LED, màn hình hiển thị thông tin và các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp khác.

Một trong những trường hợp điển hình nhất là ga Shibuya ở Tokyo, nơi các tấm pin áp điện được lắp đặt tại lối vào đã cung cấp điện cho một phần hệ thống chiếu sáng từ năm 2008. Điều tương tự cũng xảy ra tại sân bay Narita, nơi công nghệ này khai thác dòng hành khách liên tục.

Nhật Bổn cũng đã khai triển các bề mặt áp điện tạm thời tại các sự kiện lớn như lễ hội để cung cấp năng lượng cho thiết bị âm thanh hoặc đèn, giảm việc xử dụng máy phát điện truyền thống và giảm tác động đến môi sinh.

Nhật Bổn đã chọn những khu vực có lưu lượng người qua lại và phương tiện cao để thử nghiệm công nghệ này, bao gồm các nhà ga lớn, trung tâm thương mại và bãi đậu xe.

Lợi ích và thách thức của năng lượng từ bước chân

Áp điện là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn trong tiến trình phát triển các thành phố thông minh. Nó không chỉ giúp giảm lượng khí thải carbon mà còn cho phép khai thác chuyển động của con người như một nguồn năng lượng bền vững, đặc biệt có giá trị ở các khu vực đông dân cư.

Tuy nhiên, công nghệ này cũng gặp phải nhiều thách thức. Lượng điện tạo ra từ mỗi bước đi còn khá ít, do đó hiệu quả của nó phụ thuộc lớn vào số lượng người qua lại. Ngoài ra, chi phí lắp đặt và bảo trì vẫn còn cao, hạn chế việc áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, những tiến bộ công nghệ có thể giúp giảm chi phí này trong tương lai, mở đường cho việc áp dụng công nghệ này tại nhiều thành phố trên thế giới.

Kinh nghiệm của Nhật Bổn trong lĩnh vực này là bài học tham khảo cho các quốc gia khác đang tìm kiếm các giải pháp năng lượng sáng tạo. Việc chuyển đổi năng lượng từ hoạt động hàng ngày thành một công cụ bền vững là một bước tiến nữa hướng tới việc thiết kế các thành phố sạch hơn, thông minh hơn và có khả năng phục hồi tốt hơn.

Việc xử dụng công nghệ áp điện có những lợi ích như đây là nguồn năng lượng tái tạo và bền vững giúp giảm lượng khí thải carbon và góp phần giảm mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch.

Nhật Bổn còn có một "nguồn năng lượng sạch" khác bất ngờ: phân bò!

Trong khi đó, Nhật Bổn còn gây bất ngờ khi phát triển một nguồn năng lượng sạch khác từ chính những gì từng là rác thải gây phiền toái. Các nhà nghiên cứu tại đây đã phát triển công nghệ tân tiến để sản xuất hydro ít phát thải thán khí từ phân bò, một giải pháp không chỉ giảm thiểu ô nhiễm từ chăn nuôi mà còn đẩy nhanh tiến trình chuyển đổi sang các nguồn năng lượng bền vững.

Tiến trình này bắt đầu bằng việc thu gom phân chuồng, sau đó được đưa vào bể sinh học, nơi vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy để tạo ra khí sinh học (chủ yếu là mê-tan). Khí này trải qua tiến trình chuyển hóa hơi nước ở nhiệt độ cao, thu được hydro và CO₂. Để bảo đảm quy trình bền vững, CO₂ được thu giữ và lưu trữ, ngăn chặn việc thải ra khí quyển. Ngoài ra, chất thải rắn còn lại được tái xử dụng làm phân bón tự nhiên, khép lại chu trình kinh tế tuần hoàn, trong đó mỗi sản phẩm phụ đều có ứng dụng hữu ích.

Tác động lên môi sinh của công nghệ này là rất đáng kể. Chăn nuôi gia súc gây ra lượng khí thải mê-tan lớn, một loại khí nhà kính mạnh hơn CO₂ tới 25 lần. Việc chuyển đổi mê-tan thành hydro không chỉ tránh được việc thải khí này ra môi sinh mà còn cung cấp một loại nhiên liệu sạch, không gây ô nhiễm khi xử dụng.

Cả hai công nghệ sàn áp điện và sản xuất hydro từ phân bò đều là minh chứng cho sự sáng tạo không ngừng của Nhật Bổn trong việc tìm kiếm các giải pháp năng lượng sạch và bền vững. Những ý tưởng tưởng chừng như "điên rồ" này đang dần thay đổi cách chúng ta tương tác với môi sinh, biến mọi hoạt động hàng ngày và thậm chí là chất thải thành nguồn tài nguyên quý giá, góp phần xây dựng một tương lai bền vững hơn cho toàn cầu.