Có thể phát điện qua không khí?

Phía sau phòng thí nghiệm cũ của Nikola Tesla ở Wardenclyffe, Long Island, New York, có một số thiết bị cũ. Chúng từng là một phần của tòa tháp cao 57 mét mà Tesla bắt đầu xây dựng vào năm 1901 để thử nghiệm truyền thông tin và điện không dây qua một khoảng cách xa. Nhưng mới chỉ có thông tin là truyền được - và đã có những tác động thay đổi thế giới, còn việc truyền điện không thành công.

Giờ đây, tầm nhìn của Tesla về truyền tải điện không dây đang được tiếp nối. Emrod, một công ty có trụ sở ở Auckland, đã hợp tác với Powerco, nhà phân phối điện ở New Zealand, để phát triển một hệ thống nguyên mẫu trong một cơ sở thử nghiệm khép kín. Họ muốn tìm cách truyền năng lượng từ một nhà máy điện mặt trời trên North Island, New Zealand, tới các khách hàng cách đó vài km.

Ý tưởng của họ là truyền công suất điện dưới dạng một chùm vi sóng hẹp. Cách này sẽ khắc phục được hai sai sót cơ bản trong kế hoạch ban đầu của Tesla. Một là làm sao để tính tiền điện của mọi người nếu họ có thể thoải mái lấy điện từ không khí một cách đơn giản. Hai là làm sao để vượt qua định luật lan truyền bức xạ: cường độ của một tín hiệu tỷ lệ nghịch với khoảng cách mà nó phải đi tính từ nguồn phát - điều này làm cho cường độ của tín hiệu giảm mạnh, ngay cả trong khoảng cách ngắn. Truyền công suất điện trong một chùm tia hẹp và tập trung, thay vì tỏa ra mọi hướng, giúp hạn chế lan truyền bức xạ, và người phát sẽ biết mỗi người nhận - tương ứng với một chùm tia - đã nhận bao nhiêu điện truyền tải.

Việc phát tia điện, như quy trình của Emrod, đã được thử nghiệm trước đây, nhưng chủ yếu cho các ứng dụng quân sự hoặc sử dụng trong không gian vũ trụ. Năm 1975, NASA đã sử dụng vi sóng để gửi 34kw điện đi khoảng cách 1,6 km - đến nay vẫn là một kỷ lục. Tuy nhiên, công nghệ này chưa bao giờ được phát triển để sử dụng cho mục đích thương mại.

Emrod sẽ bắt đầu một cách thận trọng. Ban đầu, họ sẽ thử chuyển "một vài kilowatt" qua 1,8 km, sau đó tăng dần cả công suất và khoảng cách. Vấn đề là hiệu suất truyền tải, theo Greg Kushnir, người sáng lập Emrod. Hiện nay hiệu suất truyền tải của phương pháp này là khoảng 60%, đủ tốt để ứng dụng thực tế trong một số trường hợp, chẳng hạn như đưa điện đến các vùng sâu vùng xa mà không phải tốn tiền xây đường dây điện. Tuy nhiên, để cải thiện hiệu suất hơn nữa, Emrod có hai thủ thuật khác. Một là sử dụng rơ-le; hai là thêm các "siêu vật liệu" vào các máy thu - nơi nhận điện.

Các rơ-le, là thiết bị thụ động không sử dụng bất kỳ nguồn điện nào, hoạt động giống như thấu kính, tái tập trung chùm tia vi sóng và gửi đi với tổn thất truyền dẫn tối thiểu.

Siêu vật liệu là vật liệu tổng hợp chứa một lượng nhỏ kim loại dẫn điện và chất dẻo cách điện được sắp xếp theo cách khiến chúng tương tác với bức xạ điện từ, như vi sóng, theo những cách cụ thể. Chúng đã được sử dụng trong thiết bị giúp tàu chiến và máy bay quân sự ẩn mình trước sóng radar, nhưng cũng có thể được sử dụng trong ăng-ten thu, để chuyển đổi sóng điện từ thành điện năng một cách hiệu quả hơn.

Nhưng việc phát vi sóng mạnh trong không khí cũng đi kèm rủi ro. Các sóng này, xét cho cùng, là phương tiện mà lò vi sóng làm nóng đồ ăn. Theo Emrod, việc tiếp xúc thời gian ngắn với chùm tia của họ sẽ không gây ra bất kỳ tác hại nào cho người hoặc động vật vì mật độ năng lượng tương đối thấp. Tuy nhiên, để tránh tai nạn, các chùm tia vi sóng truyền điện sẽ được bao quanh bởi "màng laser". Đây là những chùm tia laser công suất thấp, không gây hại. Nếu "màng laser" bị cản lại do người, động vật hoặc máy bay tầm thấp, v.v..., tình trạng gián đoạn sẽ được phát hiện ngay lập tức và nguồn phát cũng sẽ ngắt sóng vi sóng. Đầu nhận điện tạm thời dùng pin trong thời gian gián đoạn.

Ngoài Emrod, một số công ty khác cũng đang phát triển các ý tưởng tương tự. TransferFi, có trụ sở ở Singapore, đang phát triển một hệ thống định hình chùm sóng vô tuyến, thường có tần số thấp hơn vi sóng, để truyền năng lượng đến các thiết bị nhận cụ thể. Đây là một ý tưởng nhằm truyền điện trong tầm ngắn, được thiết kế để cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong nhà máy và gia đình.

PowerLight Technologies, một công ty của Mỹ, đã làm việc với các lực lượng vũ trang quốc gia về việc sử dụng tia laser để truyền điện đến các căn cứ ở xa và để cung cấp năng lượng cho máy bay không người lái khi chúng ở trên không. Công ty này cũng đã để mắt đến các ứng dụng thương mại. Mitsubishi Heavy Industries thì có tham vọng cao hơn - bên cạnh các ứng dụng trên Trái đất, nó đang tìm cách sử dụng công nghệ này để truyền năng lượng xuống mặt đất từ ​​các vệ tinh địa tĩnh có gắn các tấm năng lượng mặt trời - có nghĩa là truyền tải điện qua hơn 35.000 km.