Công nghệ xanh (Phần 2)
Tựu trung, các công ty thường nhắm đến 4 mục tiêu: giảm điện năng tiêu thụ, tăng khả năng tản nhiệt, tăng thời gian dùng pin và thay thế các chất liệu độc hại.
Tăng khả năng dùng pin – pin nhiên liệu
Hiện có nhiều công nghệ pin khác nhau mà phần lớn các thiết bị điện tử tiêu dùng hiện nay sử dụng 2 công nghệ pin lithium-ion và nickel-metal hydride (NiMH). So sánh giữa 2 công nghệ này, Pin lithium-ion có ưu điểm là có khả năng chịu tải nặng, như dùng cho máy tính xách tay, máy ảnh số, máy quay số... trong khi pin NiMH kém hơn về mặt tải nặng, dễ bị rò rỉ điện năng hơn, thường ứng dụng trong pin AAA, AA, C và D. Hơn nữa, pin lithium-ion sạc nhanh hơn pin NiMH.
Ngay cả một vài hãng sản xuất xe hơi hiện nay đã ứng dụng cả 2 công nghệ pin này cho các đời xe mới của mình, không dùng nhiên liệu. Tuy nhiên, điểm yếu của pin lithium-ion là nóng và khi hoạt động lâu sức nóng này sẽ ảnh hưởng ít nhiều đến tính ổn định của pin, mà dễ thấy là nhiều hãng MTXT, điện thoại di động trong thời gian vừa qua phải thu hồi. Trong khi đó, pin NiMH ít gặp trục trặc về nhiệt.
Pin nhiên liệu PEM. Tuy nhiên, đây là 2 công nghệ pin đã khá "lớn tuổi": NiMH xuất hiện từ giữa những năm 1980 và Lithium-ion ra đời năm 1991 (Sony sản xuất). Pin nhiên liệu là xu hướng mới vì nó không thải ra các chất độc hại cho môi trường và dễ tái sử dụng, sạc, đương nhiên là pin nhiên liệu có thời gian sử dụng lâu hơn 2 vị tiền bối trên.
Cấu trúc pin nhiên liệu và cách hoạt động
Cấu trúc pin nhiên liệu khá phức tạp và nhiều khác biệt tuỳ loại nhiên liệu sử dụng và thiết bị sử dụng. Tuy nhiên, hầu hết các loại pin nhiên liệu đều gồm có 4 thành phần:
• Ống chứa nhiên liệu (cell stack)
• Bộ phận xử lý nhiên liệu
• Bộ chuyển đổi điện năng
• Hệ thống phục hồi nhiệt
Ngoài ra, các hệ thống pin nhiên liệu còn có các thành phần phụ khác để điều khiển độ ẩm, nhiệt độ, áp lực khí và hệ thống thải nước.
Ống chứa nhiên liệu (cell stack)
Đây là bộ phận quan trọng nhất của pin. Tại đây, dòng điện một chiều (DC) được sinh ra từ các phản ứng hóa học. Một ô (cell) pin năng lượng không thể cấp đủ năng lượng cho một thiết bị.
Do vậy mà các cell đơn liên kết lại thành một chuỗi trong ống chứa nhiên liệu. Lượng điện sản sinh của từng cell còn tùy thuộc vào vài yếu tố khác như loại chất liệu (metan, kiềm, phốt-pho...), kích thước cell, nhiệt độ hoạt động và áp lực khí được cấp cho cell đó.
Pin nhiên liệu Kiềm & Pin nhiên liệu Axit phot-pho.
Bộ xử lý nhiên liệu
Bộ xử lý nhiên liệu chuyển nhiên liệu qua trạng thái thích hợp cho cell nhiên liệu sử dụng. Nếu khí hydro đã được cấp cho cell thì bộ xử lý này không có nhiệm vụ gì hoặc chỉ đơn giản là lọc khí hydro.
Nếu pin dùng nhiên liệu giàu khí hydro như metan, gas, dầu diesel hay than khí hóa thì sẽ có một giai đoạn chuyển hóa hydrocarbon thành hỗn hợp khí hydro và các hợp chất carbon. Trong nhiều trường hợp, sau quá trình này, các chất sau phản ứng sẽ được tinh lọc lại để loại bỏ những tạp chất như CO hoặc lưu huỳnh (S) trước khi hydro được chuyển tới ống nhiên liệu để cung cấp cho các cell, tránh trường hợp có chất xúc tác trong phản ứng hóa học. Quá trình xử lý này còn có tên gọi là "nhiễm độc" vì nó giảm tính hiệu quả và độ bền của pin nhiên liệu.
Vài pin nhiên liệu dùng carbonate nóng chảy và oxide đặc hoạt động ở nhiệt độ đủ cao và tự phản ứng cho ra hydro cung cấp cho cell. Tuy nhiên, quá trình tự phản ứng này vẫn cần phải lọc trước khi hydro "sạch" được chuyển đến cell. Cách nào cũng hình thành khí CO2 nhưng cách dùng carbonate nóng chảy và oxide đặc thải ít CO2 hơn.
Pin nhiên liệu Carbonate nóng chảy & Pin nhiên liệu Oxit đặc.
Bộ chuyển đổi và điều hòa dòng điện
Bộ chuyển đổi và điều hòa dòng điện tiếp nhận dòng điện sản sinh từ cell và chuyển dòng điện đó phù hợp với thiết bị sử dụng, từ một thiết bị đơn giản cho đến cả một mạng lưới điện ứng dụng phức tạp.
Hệ thống làm mát
Cấu tạo của pin nhiên liệu không phải là hệ thống phát sinh nhiệt nhiều nhất. Tuy nhiên, vẫn có vài loại cấu tạo pin nhiên liệu hoạt động rất nóng, nhất là loại pin nhiên liệu dùng oxide đặc và carbonate nóng chảy. Nhiệt lượng này có thể tận dụng để tạo hơi nước hoặc nước nóng hoặc chuyển thành điện năng thông qua một turbine khí hoặc công nghệ nào đó nhằm tận dụng triệt để nhiệt độ phát sinh.
Những ràng buộc về sử dụng chất độc hại
Theo một thống kê, các bãi rác tại Mỹ chứa khoảng 2% rác thải điện tử. Nhưng trong 2% này chứa đến 70% chất thải độc hại. Các chất độc hại này có thể là chì, thuỷ ngân, cadmi. Trong quá trình xử lý rác thải không được kiểm soát chặt chẽ như bằng cách đốt, phân hủy các chất độc hại này tác động xấu đến môi trường và sức khỏe của con người. Có thể bạn ngạc nhiên với con số: 6% trọng lượng màn hình CRT của máy tính chứa chì. Trong nhóm chất thải độc hại có một chất có khả năng gây ung thư là polychlorinated biphenyls (PCB). Tụ điện, dây PVC, bộ biến áp được sản xuất trước đây chứa một lượng chất PCB rất lớn.
Gần đây, có thể bạn đã thấy nhiều biểu tượng RoHS (
www.rohs.gov.uk/) xuất hiện trên nhiều linh kiện điện tử hay bao bì sản phẩm. Biểu tượng này màu xanh lá, dễ hiểu vì đây là chứng chỉ sản phẩm đạt tiêu chuẩn thân thiện với môi trường. Tuy cái "gốc" của chuẩn RoHS xuất phát từ Anh Quốc nhưng ở mỗi khu vực địa lý, chuẩn RoHS có những đòi hỏi khác nhau. RoHS (Restriction of the use of certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment) cấm sử dụng các chất liệu độc hại trong quá trình sản xuất sản phẩm, lần đầu tiên được áp dụng tại các nước thuộc nhóm EU kể từ ngày 1/7/2006. Các chất độc hại gồm: chì (Pb), thủy ngân (Hg), cadmium (Cd), hexavalent chromium (Cr6+), polybrominated biphenyls (PBB) và polybrominated diphenyl ethers (PBDE). Những chất này được xem là tác động xấu đến môi trường trong quá trình sản xuất cũng như tái sinh sản phẩm. Sau khi sản phẩm mới xuất hiện, nhân viên kiểm tra sẽ sử dụng một thiết bị phân tích RoHS, còn gọi là fluocent X-ray hoặc là thiết bị phân tích kim loại XRF để "soi" sản phẩm để đảm bảo lượng chất độc hại trên không vượt quá liều lượng cho phép.
RoHS chia ra làm 7 dòng sản phẩm thiết bị và các thiết bị như: bo mạch chủ, card đồ họa, máy tính... thuộc nhóm 3 của RoHS (xem frame "Các mục sản phẩm mà RoHS đưa ra"). Một số sản phẩm như máy dò radar, các máy sản xuất chất bán dẫn... vẫn chưa được liệt vào nhóm danh mục cụ thể. Ở mỗi nhóm danh mục này có những ràng buộc về các chất sử dụng khác nhau. Ví dụ, RoHS được cộng đồng các quốc gia châu Âu chấp nhận nên tất cả thiết bị điện tử được sản xuất hay nhập khẩu vào vùng lãnh thổ này đều phải tuân theo chuẩn RoHS. Trung Quốc cũng có chuẩn RoHS riêng nhưng cũng dựa trên chuẩn RoHS của châu Âu và có hiệu lực trễ hơn,
bắt đầu từ tháng 3/2007.
Nhật Bản lại không theo chuẩn RoHS mà đưa ra chuẩn riêng có tên J-MOSS (Japanese industrial standard for Marking Of Specific Chemical Substances) có hiệu lực từ tháng 7/2006. Đài Loan có đạo luật ràng buộc việc sử dụng các chất độc hại, cũng dựa trên tiêu chuẩn của RoHS, WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment, còn gọi là e-waste) và ELV (End-of-Life Vehicles). Khu vực Bắc Mỹ có luật riêng là EWRA (Electronic Waste Recycling Act), áp dụng từ tháng 1/2007. Luật EWRA cũng dựa trên RoHS nhưng ít hạn chế hơn. Ví dụ màn hình LCD, CRT, plasma theo RoHS hạn chế đến 6 kim loại, trong khi EWRA chỉ hạn chế 4 kim loại nặng không dùng quá "liều" cho phép: cadmi 0,01%, hexavalent chromium 0,1%, chì 0,1% và thủy ngân 0,1%.
Tuy nhiên, rõ ràng nếu áp dụng ràng buộc này, các nhà sản xuất phải mỏi mắt tìm kiếm chất liệu thay thế. Ví dụ, trước nay, đối với dân kỹ thuật điện tử, nói đến hàn và thuốc hàn là sẽ nghĩ ngay đến các cuộn chì và các mối nối tụ điện trên bản mạch bằng chì. Các nhà sản xuất đã nghĩ đến một chất thay thế chì là thiếc. Tuy nhiên, khi sử dụng một thời gian, xung quanh mối hàn thiếc xuất hiện các sợi tinh thể thiếc li ti, ảnh hưởng đến các mối nối, rò rỉ và chạm điện. Một cách tiếp cận khác là hợp kim thiếc-kẽm và hạn chế được sự xuất hiện của sợi tinh thể.
Cho đến nay, có nhiều công nghệ sản xuất tuân theo RoHS đã đưa ra những khả năng mới cho sản phẩm nhờ vào việc thay thế chất liệu sản xuất. Ví dụ, sản phẩm RoHS chịu sốc nhiệt tốt hơn, tránh trường hợp nhiễu chì trên bo mạch, tốc độ truyền tải của nhôm không thua kém các kim loại khác...
Tổ chức hoà bình xanh đưa ra giải pháp làm sạch môi trường, đặc biệt ở những khu vực được xem là điểm nóng, là những bãi rác bo mạch, linh kiện điện tử. Những điểm nóng này xuất hiện nhiều ở Trung Quốc, Ấn Độ và Đài Loan. Ví dụ dòng sông Erren phía Nam Đài Loan hiện đang bị ô nhiễm nặng nề (thử thả một con cá vào dòng sông nó sẽ chết sau 2 phút); tuổi thọ trung bình của người dân sống ở vùng này là 50 tuổi và tỉ lệ ung thư là 27%. Một giải pháp hiện được dùng nhiều nhất để làm sạch là dùng hỗn hợp hóa chất 75% axit hydrochloric và 25% acit nitric. Cũng ví dụ ở dòng sông Erren này, người ta đổ trực tiếp hợp chất này xuống dòng sông để làm giảm độ pH. Kết quả thu được khá khả quan, hợp chất này tẩy được chì, kẽm, đồng, antimony, cadmium và nickel.
Theo tổ chức môi trường Mỹ, arsenic và cadmium chỉ cần chiếm 1 mg/l đã liệt vào loại nước độc nhưng những khu vực "nóng" ở Trung Quốc và Đài Loan, tỉ lệ này lên đến 12,2mg/l. Công nghệ nano cũng bị "để ý” vì bị xem là ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe con người. Quy trình xử lý và các chất liệu mà các công ty công nghệ nano sử dụng được tổ chức SVTC (Silicon Valley Toxics Coalition) giám sát để đảm bảo không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường. Tổ chức này giám sát chủ yếu ở khu vực thung lũng Silicon, nơi được xem tập trung khá nhiều công ty và trung tâm nghiên cứu công nghệ nano (khoảng 110). Chính phủ Mỹ trong năm 2008 đã chi ra 1,44 tỉ USD cho lĩnh vực nghiên cứu này nhưng chỉ bỏ ra khoảng 4% số tiền đó cho các ứng dụng bảo vệ môi trường.
Khí hậu đang nóng lên từng ngày, việc bảo vệ và giữ gìn một môi trường trong sạch không của riêng các công ty sản xuất mà là trách nhiệm của tất cả mọi người. Một số công ty đã đưa ra chính sách cho chính nhân viên cũng mình về việc tiết kiệm năng lượng cũng như bảo vệ môi trường. Ví dụ Gigabyte đề ra một loạt điều khoản như: tắt máy tính và tắt bớt đèn điện trong giờ nghỉ trưa, tắt bớt hệ thống thang máy ngoài giờ cao điểm, không in ấn nếu không thật cần thiết...
(Theo PC World VN)
