Bình minh của kỷ nguyên điện không dây

Công nghệ 20/04/2021 - 08:09

Hãy tưởng tượng khung cảnh ngoài đường phố tại nơi bạn sinh sống nếu không có những đường dây điện chằng chịt nhưng các hộ gia đình vẫn sáng đèn.

Bình minh của kỷ nguyên điện không dây - ảnh 1

Điện không dây không phát ra bức xạ.

Bức tranh này thoạt nhìn có vẻ bất khả nhưng đang dần được hiện thực hóa thông qua một ý tưởng mang tên “điện không dây”.

Từ cuộn dây Tesla

Từ năm 2021, Powerco, nhà phân phối điện lớn thứ hai New Zealand, sẽ hợp tác với công ty khởi nghiệp Emrod để đưa công nghệ điện không dây vào sử dụng trong đời sống. Tất cả bắt nguồn từ giấc mơ đầy tham vọng của kỹ sư người Serbia, Nikola Tesla.

Ngược trở lại năm 1899, tại thành phố Colorado Srpings, Mỹ, Nikola Tesla đã tạo ra cuộn dây điện cao 50m với dòng điện 12 triệu vôn, gọi là “cuộn Tesla”. Cuộn dây có một công tắc kích hoạt. Chỉ cần gạt công tắc, một tia chớp sẽ lóe lên từ cuộn dây, mang theo dòng điện không dây truyền đi phát sáng 200 bóng đèn gần đó.

Trong quá trình thử nghiệm, không ai bị thương. Thí nghiệm này đặt ra giả thuyết rằng Trái đất có thể tự dẫn điện mà không cần thiết bị truyền dẫn. Và công nghệ truyền điện trong không khí có thể khá an toàn với loài người hay các sinh vật sống khác.

Sau đó, Nikola Tesla tiếp tục thí nghiệm cảm ứng điện từ, được phát hiện bởi nhà khoa học Michael Faraday từ những năm 1820. Theo thí nghiệm này, xung quanh nam châm điện có một từ trường thay đổi, tạo ra dòng điện trong một dây dẫn gần đó. Dòng điện trong dây dẫn tạo ra năng lượng điện trong không khí, có thể tồn tại như một từ trường.

Từ những thí nghiệm, ông đã chỉnh sửa và hoàn thiện cuộn Tesla, hệ thống đầu tiên truyền tải điện không dây. Cuộn Tesla gồm hai phần là một cuộn dây sơ cấp và một cuộn dây thứ cấp. Mỗi cuộn mang một tụ điện riêng.

Hai cuộn dây và tụ điện được nối với nhau bằng một khe đánh lửa và có thể tạo ra tia lửa điện. Nhìn chung, cuộn Tesla là hai mạch điện mở kết nối với một khe đánh lửa. Nó cần nguồn điệp áp cao, truyền dẫn qua một biến áp để tạo ra hàng nghìn vôn.

Đầu tiên, cuộn sơ cấp sẽ được nối với một nguồn điện. Nó sẽ thấm hút các điện tích như miếng bọt biển thấm nước. Cuộn sơ cấp thường được làm bằng đồng, chất liệu dẫn điện tốt, vì nó phải có khả năng chịu điện tích rất lớn và nhiều sóng điện.

Đến khi tụ điện của cuộn sơ cấp tích tụ được nhiều điện tích, nó sẽ thoát ra ngoài và tạo ra từ trường. Năng lượng từ từ trường tạo ra dòng điện trong cuộn thứ cấp. Điện áp nén qua không khí giữa hai cuộn dây tạo ra tia lửa trong không khí.

Khi điện tích dồn nén trong tụ điện của cuộn thứ cấp lên cao, nó sẽ thoát ra ngoài dưới dạng hồ quang điện. Khi này, một năng lượng sẽ bao phủ giữa hai cuộn dây. Điện áp tần số cao có thể thắp sáng các bóng đèn huỳnh quang cách đó vài bước chân mà không cần vật truyền dẫn.

Đến hạ tầng mạng lưới điện không dây

Được truyền cảm hứng từ phát minh của Nikola Tesla, Greg Kushnir, sống tại New Zealand đã thành lập Công ty năng lượng Emrod. Công ty dự kiến triển khai hạ tầng điện không dây.

Để làm được điều này, Emrod sử dụng hệ thống bao gồm một nguồn điện, một ăng-ten đặc biệt có khả năng chỉnh sóng vô tuyến thành điện năng, gọi là “rectenna”, các trạm thu phát.

Ăng-ten phát sẽ chuyển đổi điện năng thành các hạt vi sóng. Trong khu vực sử dụng điện không dây, Emrod lắp đặt các trạm thu phát gắn miếng thu hình vuông. Các hạt vi sóng truyền đến trạm thu sẽ được tập hợp thành chùm hạt, dẫn đến các rectenna trong khu vực.

Nhiệm vụ của rectenna là chuyển vi sóng trở lại thành điện năng. Sở dĩ miếng thu có hình vuông bởi nó cần diện tích bề mặt rộng, giúp thu toàn bộ vi sóng chạy qua.

Greg Kushimir cho biết: “Chúng tôi đã phát triển một công nghệ truyền tải điện không dây tầm xa. Bản thân công nghệ này đã xuất hiện một thời gian. Dự án của chúng tôi là bước tiếp nối từ những thành tựu của Tesla”.

Tuy nhiên, Kushimir nhận xét Tesla có thể tạo ra dòng điện xoay chiều từ cuộn Tesla nhưng ông không thể điều khiển chùm điện ở khoảng cách xa. Ngược lại, Emrod có thể giữ các chùm điện kết nối chặt chẽ, truyền dẫn ổn định nhờ hai công nghệ.

Đầu tiên, phải kể đến là công nghệ liên quan đến đường truyền. Các vi sóng nhỏ đi qua ống chuẩn trực được chuyển thành chùm tia sáng song song. Tiếp theo, Emrod sử dụng siêu vật liệu được thiết kế thành các mẫu cực nhỏ, có hiệu quả cao trong việc thu phát vi sóng.

Rectenna hoạt động như một sợi cáp vô hình. Nhiệm vụ của chúng là truyền dẫn điện đến cho người dân. Nhờ loại bỏ hệ thống dây dẫn truyền thống, Emrod có thể mang điện đến những khu vực có địa hình hiểm trở, khó tiếp cận vì cơ sở hạ tầng tại đây không hỗ trợ mạng lưới điện.

Công nghệ này cũng mang lại tác động tích cực với môi trường vì người dân không phải phụ thuộc vào máy phát điện chạy xăng hay dầu. Các trạm thu phát điện cũng có thể được lắp đặt nhanh chóng sau thảm họa thiên nhiên. Như vậy, thời tiết xấu không làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống truyền điện không dây.

Tuy nhiên, Kushimir bày tỏ thách thức hiện nay là truyền thông và định hướng công chúng. Giống như sự xuất hiện của 5G, nhiều người dân có thể phản đối ý tưởng này do lo ngại ảnh hướng xấu của bức xạ. Nhưng Kushimir khẳng định, chùm tia sóng được truyền dẫn trong công nghệ mới không phát ra bức xạ gây hại cho con người.