Chuyện ít biết về người "gieo mầm" đầu tiên của năng lượng Mặt trời

Đầu những năm 1900 là thời đại của than đá và sắt. Nền công nghiệp ồn ào và nhếch nhác, khói từ việc đốt than tỏa ra khắp nơi. Nhưng ít ai biết về một thực tế bất ngờ khi đây cũng là thời điểm sơ khai của việc khai thác năng lượng Mặt trời.

Thành phố Philadelphia, bang Pennsylvania khi đó là một trong những trung tâm công nghiệp ở Bờ biển phía Đông của Mỹ. Nhưng mọi thứ tại đây đã vượt sức chịu đựng. Năm 1904 các nhà quản lý thành phố đã tạo ra quy định riêng để khiến không khí sạch hơn. Nó hạn chế lượng khói trong ống khói và không gian mở, đồng thời phạt tài chính những đối tượng thải ra khói ở mức độ vượt quy định. Tuy nhiên, phải nửa thế kỷ sau đó, đến năm 1955, nước Mỹ mới áp dụng Đạo luật Kiểm soát Ô nhiễm Không khí.

Phát minh của ông Shuman được thử nghiệm tại Ai Cập năm 1913. (Ảnh: BBC).

Khi đó nhà phát minh người Mỹ Frank Shuman đã quan tâm đến năng lượng sạch, đặc biệt là khai thác sức nóng của Mặt trời để cung cấp năng lượng cho máy móc. Phải mất hơn một thế kỷ để những ý tưởng như của ông đạt được khối lượng quan trọng, nhưng đây cũng là một bước ngoặt và được coi là "hạt giống đầu tiên" về khai thác sức mạnh của Mặt trời.

Vào những năm 1890, Shuman đã phát minh ra phương pháp gia cố kính bằng dây bên trong. Kính có khả năng chống cháy cao hơn và vẫn liền khối khi bị nứt, khiến nó ít có khả năng tạo ra các mảnh sắc nhọn nguy hiểm.

Shuman đã bắt đầu sự nghiệp ở Virginia và sau đó đến làm việc cho nhà máy sản xuất đồ kim loại của chú mình ở Philadelphia. Nhà máy này đang đúc một bức tượng của người sáng lập bang Pennsylvania - William Penn, và sử dụng điện phân để phủ bề mặt tượng bằng một lớp mỏng nhôm nhằm bảo vệ nó khỏi không khí ô nhiễm trên Tòa thị chính.

Cây bút Christopher R Dougherty đã viết trên trang web về Philadelphia có tên Hidden City rằng trong vòng 2 tuần năm 1892, tạp chí Scientific American đã đăng các bài báo về phương pháp gia cố kính và phủ nhôm lên tượng. Chúng đã đủ thành công và ông Shuman quyết định nghỉ việc để tập trung toàn thời gian vào các phát minh của mình.

Là một nhà phát minh kỳ cựu, ông Shuman từ lâu đã bị hấp dẫn bởi khái niệm sử dụng các lực tự nhiên để tạo ra điện. Cây bút Christopher R Dougherty nhận định: "Các bờ sông của chúng tôi có rất nhiều bãi than, nhà máy lọc dầu và nhiên liệu hóa thạch rẻ tiền, vì vậy đối với Shuman, việc tưởng tượng về cái kết của nguồn tài nguyên này là đi trước thời đại".

Vào năm 1906, Shuman bắt tay vào nghiên cứu tại một khu phức hợp ông xây dựng tại nhà riêng ở vùng ngoại ô phía Đông Bắc của Tacony, Philadelphia, để tạo ra một động cơ chạy bằng ánh nắng Mặt trời. Các tấm phản xạ được đặt xung quanh hộp cách nhiệt vốn được chế tạo trên các khớp xoay để chúng có thể đi theo hướng của ánh nắng Mặt trời.

Ánh nắng Mặt trời chiếu thẳng vào một bình chứa nước được giữ chân không để hạ nhiệt độ sôi của nó. Bình này được nối với một động cơ hơi nước áp suất thấp. Năm 1913, ông Shuman đã đến Ai Cập để trình bày công nghệ của mình.

Trong khi Shuman đang làm việc với "động cơ Mặt trời" của ông, một nhà phát minh người Mỹ khác là Aubrey Eneas đã tạo ra động cơ năng lượng Mặt trời kim loại khổng lồ với gần 1.800 tấm gương cho một trang trại đà điểu ở California vào năm 1906. Thiết bị này đã hoạt động và cấp năng lượng cho một máy bơm để tưới đất đai. Tuy nhiên, nó quá đắt và cồng kềnh để khả thi.

Nhà phát minh người Mỹ Frank Shuman. (Ảnh: BBC).

Tin tức về các dự án của Suman đã lan đến Ai Cập khi đó đang bị Đế quốc Anh chiếm đóng quân sự. Ai Cập có những cánh đồng bông rộng lớn nhưng việc tưới tiêu bằng tay là một quá trình tốn nhiều công sức và việc sử dụng động cơ chạy bằng than không hiệu quả về chi phí. Ông Shuman đã đề nghị các nhà tư bản Anh đầu tư vào mảng năng lượng Mặt trời của ông để cắt giảm chi phí than đá.

Tác giả của cuốn sách "Tái tạo: Sức mạnh thay đổi thế giới của năng lượng thay thế" (2013) – ông Jeremy Shere đã viết về sự kiện tại Ai Cập khi đó: “Được làm nóng ở nhiệt độ chỉ hơn 93 độ C, nước chuyển thành hơi áp suất thấp để vận hành động cơ 75 mã lực được thiết kế đặc biệt. Như thể có phép màu, chỉ nhờ ánh nắng Mặt trời, động cơ đã bơm hàng ngàn gallon nước từ sông Nile, thay đổi cảnh quan khô cằn”.

Tuy nhiên, phát minh của ông Shuman sớm bị giáng một đòn đôi do Chiến tranh Thế giới lần thứ nhất bùng phát và phát hiện ra dầu giá rẻ ở Trung Đông cũng như những nơi khác. Ông Dougherty nhận định rằng thiết kế của ông Shuman “hơi phức tạp về mặt kỹ thuật và điều này có thể gây mệt mỏi cho việc áp dụng”.

Mặc dù vậy, ông Shuman cho rằng "động cơ năng lượng Mặt trời" có thể thay thế nhiên liệu bẩn nếu được thiết lập với số lượng lớn. Ngay từ năm 1911, khi viết trên tạp chí Scientific American, ông đã dự đoán về trang trại năng lượng Mặt trời rộng lớn mà chúng ta thấy ngày nay: “Để có thể thực hiện được một nhà máy điện Mặt trời, trước hết phải có hiệu suất cao, chi phí lắp đặt và bảo trì thấp, thời gian hoạt động rõ ràng và không nên yêu cầu thợ máy được đào tạo đặc biệt để vận hành nó… Hoàn toàn có thể sản xuất một nhà máy điện Mặt trời theo cách này lên tới 10.000 mã lực trở lên. Một nhà máy lý tưởng phải ít tai nạn do đó nó phải nằm gần mặt đất để không bị ảnh hưởng bởi gió bão. Mỗi đơn vị có thể được sửa chữa mà không cần dừng hoạt động, việc xây dựng phải đơn giản và dễ hiểu đối với kỹ sư hơi nước thông thường và hao mòn phải được giảm đến mức tối thiểu”.

Ông Shuman qua đời năm 1919, và phải mất 50 năm sau những ý tưởng của ông mới được thấm nhuần một lần nữa bởi Cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 đã chấm dứt kỷ nguyên dầu giá rẻ. Chưa đầy một thập niên sau, nhà máy năng lượng Mặt trời quy mô đầy đủ đầu tiên được khánh thành ở sa mạc Mojave của California (Mỹ). Trong giai đoạn cao điểm, nơi đây có thể tạo đủ năng lượng cung cấp cho 230.000 căn nhà.

Hơn một thế kỷ sau các thí nghiệm của ông Shuman, Ai Cập đã khánh thành nhà máy năng lượng Mặt trời lớn thứ tư trên thế giới, cách đập Aswan khoảng 40km về phía Tây Bắc. Công viên năng lượng Mặt trời Benban có diện tích hơn 37km vuông lớn đến mức có thể nhìn thấy từ trên không gian. Đây là minh chứng cho tầm nhìn của ông Shuman về khai thác năng lượng trên vùng Vịnh.

• Những nhà thám hiểm thay đổi lịch sử thế giới
• Người phụ nữ phát hiện virus corona đầu tiên trên cơ thể người vào năm 1964
• Điều đặc biệt trong gia đình cả 2 cha con cùng nhận giải Nobel Vật lý