Cách khai thác năng lượng gió và mặt trời của người cổ đại

Khai thác năng lượng Mặt trời

Khoảng 10.000 năm trước, con người chuyển từ lối sống săn bắt, hái lượm sang trồng trọt và chăn nuôi – đánh dấu sự khởi đầu của nông nghiệp. Thực vật cần ánh sáng mặt trời để phát triển, vì vậy các kỹ thuật khai thác năng lượng mặt trời như luân canh cây trồng không chỉ giúp tăng sản lượng mà còn cải thiện chất lượng mùa màng. Người xưa cũng biết sử dụng ánh nắng để phơi khô thực phẩm, giúp bảo quản lương thực trong thời gian dài. Lượng lương thực dư thừa cho phép dân số tăng nhanh và cấu trúc xã hội trở nên phức tạp hơn, dẫn đến sự ra đời của các nền văn minh đầu tiên.

Tuy nhiên, người cổ đại không chỉ dùng năng lượng mặt trời để canh tác nông nghiệp. Trong cuốn sách “Let It Shine: The 6,000-Year Story of Solar Energy” (Hãy để Mặt trời tỏa sáng: Câu chuyện 6.000 năm về Năng lượng Mặt trời) được xuất bản vào năm 2013, tác giả John Perlin đã đề cập đến các cuộc khai quật khảo cổ tại những ngôi làng tại Trung Quốc có niên đại vào thời kỳ đồ đá mới.

Kết quả cho thấy người dân cổ đại ở đây đã xây nhà với cửa chính hướng về phía Nam để đón ánh sáng mặt trời, giúp sưởi ấm ngôi nhà khi mặt trời ở vị trí thấp hơn trên bầu trời vào mùa đông. Họ cũng lợp mái tranh nhô ra nhằm che ánh nắng gay gắt vào mùa hè.

Đến khoảng năm 4000 trước Công nguyên, người Trung Quốc cổ đại bắt đầu nghiên cứu sự di chuyển của Mặt trời so với Trái đất để cải tiến kỹ thuật xây dựng và thiết kế nhà cửa, giúp điều hòa nhiệt độ bên trong nhà theo mùa.

Người Hy Lạp cổ đại cũng biết cách sử dụng thiết kế nhà ở để khai thác năng lượng mặt trời một cách tự nhiên từ thế kỷ thứ 5 đến thế kỷ thứ 3 trước Công nguyên. Nhà triết học Hy Lạp Socrates là một trong những người đầu tiên mở lớp dạy học, cung cấp cho môn đồ của mình những kiến ​​thức cơ bản về vấn đề này.

Khoảng 2.500 năm trước, hầu hết người dân Hy Lạp đều xây nhà với những cửa sổ lớn hướng về phía Nam, tương tự như cách làm của người Trung Quốc cổ đại. Thậm chí, họ còn tìm cách gia cố và cách nhiệt cho các bức tường ở phía Bắc – nơi nhận được ít ánh nắng Mặt trời nhất và hứng chịu phần lớn gió lạnh từ phía Bắc để giữ ấm vào mùa đông. Thành phố Olynthus ở miền Bắc Hy Lạp là địa danh đầu tiên quy hoạch hoàn toàn theo phương pháp này. Các con đường trong thành phố được thiết kế sao cho mọi ngôi nhà đều có thể quay mặt về hướng Nam.

Người La Mã cũng sử dụng các kỹ thuật tương tự trong quá trình xây dựngnhà tắm công cộng. Nhà tắm của họ còn có thêm một hệ thống sưởi ấm bằng lò đốt gỗ (hypocaust), bao gồm các đường dẫn nhiệt bên dưới sàn và tường để giữ ấm. Việc kết hợp ánh sáng Mặt trời tự nhiên với hệ thống hypocaust giúp giảm đáng kể lượng gỗ cần đốt để giữ nhiệt.

Trong khi đó, các ngôi nhà của người Ai Cập cổ đại được xây từ gạch bùn hoặc đá dày, có khả năng hấp thụ nhiệt chậm vào ban ngày và tỏa nhiệt dần vào ban đêm. Đây là yếu tố rất quan trọng trong môi trường sa mạc khắc nghiệt như Ai Cập, nơi ban ngày nhiệt độ rất cao nhưng ban đêm nhiệt độ giảm mạnh.

Bên cạnh việc sử dụng gỗ, các nền văn hóa cổ đại còn dùng ánh sáng Mặt trời để nấu thức ăn. Từ thời Khổng Tử [hoặc có thể sớm hơn], các gia đình ở Trung Quốc đã biết cách dùng gương cầu lõm tập trung ánh sáng Mặt trời vào vật liệu dễ cháy như cỏ khô để nhóm lửa.

Vào thế kỷ 3 trước Công nguyên, có truyền thuyết kể rằng Archimedes – nhà khoa học và nhà phát minh vĩ đại của Hy Lạp – đã sử dụng những tấm khiên kim loại được đánh bóng sáng như gương để khuếch đại và tập trung các tia nắng Mặt trời. Chúng đã đốt cháy thuyền của hạm đội La Mã trong trận chiến bảo vệ thành phố Syracuse. Mặc dù câu chuyện này vẫn còn gây tranh cãi trong giới khoa học, nhưng nó là minh chứng cho sự sáng tạo của con người trong việc sử dụng năng lượng Mặt trời như một vũ khí chiến đấu.

Nhà kính (greenhouse) là một phát minh khác của người cổ đại liên quan đến việc sử dụng năng lượng Mặt trời, theo National Geographic. Bằng cách chuyển ánh sáng thành nhiệt, nhà kính giúp trồng cây trái mùa, hoặc trồng cây ở nơi không phù hợp với khí hậu. Năm 30 sau Công nguyên, hoàng đế La Mã Tiberius đã cho xây dựng một trong những nhà kính đầu tiên trên thế giới từ những tấm mica trong mờ để trồng dưa chuột quanh năm.

Khai thác năng lượng gió

Ngày nay, chúng ta thường nghĩ đến công nghệ khai thác năng lượng gió thông qua các tuabin khổng lồ, nhưng người cổ đại đã biết cách sử dụng năng lượng gió một cách hiệu quả trong đời sống hằng ngày của họ.

Người Ai Cập cổ đại đã dùng thuyền buồm đi dọc theo sông Nile từ năm 5.000 trước Công nguyên. Sông Nile là con sông dài nhất thế giới, chảy từ phía Nam ra phía Bắc. Tuy nhiên, gió trong khu vực lại thổi từ phía Bắc xuống phía Nam. Nhờ vào gió, những người lao động Ai Cập có thể đi xuống phía Nam để làm việc tại các mỏ đá và khoáng sản. Sau đó, họ sử dụng dòng chảy của sông đưa những tài nguyên có khối lượng nặng như vàng và đá granit trở lại phía Bắc.

Suzanne Onstine, nhà Ai Cập học tại Đại học Memphis (Mỹ), nhận định: “Không có gì bất ngờ khi thủ đô của Ai Cập nằm tại phía Bắc, bởi vì đây là điểm cuối, nơi tập trung tất cả các vật phẩm đến từ phía Nam”.

Vào khoảng năm 200 trước Công nguyên, người Trung Quốc cổ đại đã sử dụng loại máy bơm nước cơ học đơn giản, chạy bằng sức gió. Cấu tạo của nó gồm cánh quạt lớn gắn trên trục quay. Khi gió thổi sẽ làm cánh quạt xoay, truyền động lực đến guồng nước – một hệ thống giúp vận chuyển nước từ sông hồ lên trên mặt đất hoặc kéo nước từ giếng lên, phục vụ cho việc tưới tiêu hoặc sinh hoạt.

Tại vùng đất Ba Tư (Iran ngày nay), người dân đã phát triển một loại cối xay gió gọi là “asbad”. Chúng được thiết kế để thu thập gió mạnh từ phía Bắc, chuyển đổi gió thành năng lượng cơ học để xay ngũ cốc.

Việc sử dụng cối xay gió lan rộng từ Ba Tư đến các khu vực xung quanh ở Trung Đông. Sau này, các thương nhân và quân Thập tự chinh đã mang công nghệ khai thác năng lượng gió đến châu Âu, bao gồm Hà Lan – đất nước có nhiều vùng đất thấp và dễ bị ngập lụt.

Để xử lý vấn đề này, người dân Hà Lan đã sáng chế ra những máy bơm nước chạy bằng sức gió cỡ lớn. Chúng có tác dụng bơm nước ra khỏi các đầm lầy và hồ chứa ở vùng đồng bằng sông Rhine, giúp làm giảm nguy cơ ngập úng. Cuối cùng, những người nhập cư từ châu Âu đã mang công nghệ sử dụng năng lượng gió đến khu vực Tây Bán cầu (Bắc Mỹ và Nam Mỹ).

Năm 1887, James Blyth đã chế tạo thành công turbine gió đầu tiên trên thế giới có khả năng tạo ra đủ lượng điện để thắp sáng cho ngôi nhà của mình. Sáng chế của ông là nền tảng cho các hệ thống điện gió hiện đại ngày nay.

Theo: Discover Magazine, EIA