Khi thế giới tăng tốc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo, việc lưu trữ điện từ các nguồn như mặt trời và gió trở nên quan trọng hơn bao giờ hết.
Trong bối cảnh đó, pin trọng lực – một công nghệ tưởng chừng đơn giản, nhưng đang được hồi sinh mạnh mẽ – bắt đầu thu hút sự chú ý toàn cầu. Thay vì lưu trữ năng lượng dưới dạng hóa học như pin lithium, công nghệ này chỉ dựa vào trọng lực: nâng một vật nặng lên cao để tích trữ năng lượng, rồi thả xuống khi cần để phát điện. Cơ chế vật lý này không bị xuống cấp theo thời gian, không phụ thuộc vào kim loại quý, và có thể áp dụng linh hoạt tại nhiều khu vực không có địa hình phù hợp để xây thủy điện tích năng.
Ảnh minh họa
Tại Trung Quốc, công nghệ này đã được triển khai quy mô lớn qua dự án EVx – kết quả hợp tác giữa chính phủ Trung Quốc và công ty Energy Vault của Thụy Sĩ. Một tòa tháp cao hơn 120 mét được xây dựng để nâng và hạ các khối bê tông nặng 24 tấn, giúp chuyển đổi điện dư thành năng lượng tiềm tàng và phát điện trở lại khi cần.
Công suất tối đa của hệ thống là 25 megawatt, dung lượng lưu trữ đạt 100 megawatt-giờ, với hiệu suất vòng đời hơn 80% và tuổi thọ dự kiến lên tới 35 năm. Các khối nặng được làm từ đất, cát hoặc vật liệu tái chế, giúp giảm chi phí và hạn chế sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng pin lithium, vốn đang bị Trung Quốc kiểm soát phần lớn.
Trung Quốc không chỉ xem đây là một mô hình thí điểm. Nhiều dự án EVx khác đang được lên kế hoạch, bao gồm hệ thống 660 MWh và cả một dự án khổng lồ 2 GWh tại Nội Mông. Với tổng vốn đầu tư vượt một tỷ USD, đây là một trong những nỗ lực lớn nhất nhằm đưa pin trọng lực lên quy mô lưới điện quốc gia.
Điều thú vị là dù đang nắm vai trò thống lĩnh chuỗi cung ứng pin lithium-ion toàn cầu, Trung Quốc vẫn tích cực thúc đẩy công nghệ thay thế – cho thấy tiềm năng thực sự của phương pháp này trong việc giảm rủi ro địa chính trị về năng lượng.
Không chỉ có Trung Quốc, một hướng tiếp cận độc đáo khác đang được thử nghiệm tại Scotland bởi startup Gravitricity. Thay vì xây tháp, công ty này sử dụng lại các hầm mỏ bỏ hoang, nơi các khối nặng được treo lơ lửng trong lòng đất, đôi khi sâu tới 3km – cao hơn nhiều so với bất kỳ tòa nhà chọc trời nào.
Bằng cách sử dụng hạ tầng sẵn có và không phải xây dựng mới từ đầu, mô hình này giúp giảm chi phí đầu tư, đồng thời hồi sinh các khu công nghiệp cũ, mang lại giá trị kinh tế cho cộng đồng địa phương.
Tuy nhiên, pin trọng lực cũng có giới hạn. Việc thu nhỏ công nghệ này xuống quy mô hộ gia đình là không thực tế, bởi khối lượng cần thiết để tích đủ điện cho sinh hoạt sẽ quá lớn và tốn kém. Một thử nghiệm cho thấy việc nâng một khối bê tông nặng 2 tấn trong nhà chỉ lưu trữ được lượng điện tương đương 12 viên pin AA.
Ở quy mô lưới điện, thách thức lớn nhất vẫn là chi phí đầu tư ban đầu cao. Dù chi phí vận hành trong dài hạn thấp hơn pin hóa học, việc thuyết phục nhà đầu tư bỏ vốn cho một công trình cao hàng trăm mét không phải chuyện dễ dàng. Thêm vào đó, những linh kiện cơ khí như dây cáp, ròng rọc hay hệ thống nâng – hạ cần được bảo trì thường xuyên để đảm bảo an toàn và hiệu suất. Tuy vậy, bảo trì cơ học vẫn đơn giản hơn rất nhiều so với quy trình thu gom và tái chế pin hóa học phức tạp.
Một trở ngại khác là không gian xây dựng. Pin trọng lực không yêu cầu núi non hay hồ chứa như thủy điện, nhưng vẫn cần chiều cao lớn hoặc độ sâu đáng kể để đạt hiệu suất tốt. Việc xây dựng các tháp khổng lồ ở khu đô thị có thể vấp phải phản đối do ảnh hưởng cảnh quan, trong khi các khu vực nông thôn hoặc công nghiệp cũ lại phù hợp hơn nếu được quy hoạch hợp lý.
Mặc dù vậy, tiềm năng dài hạn của pin trọng lực là rất đáng chú ý. Trong khi pin lithium vẫn phù hợp cho các ứng dụng di động hoặc lưu trữ ngắn hạn, thì pin trọng lực có thể trở thành xương sống cho những hệ thống lưu trữ điện quy mô lớn, đặc biệt tại các quốc gia muốn giảm phụ thuộc vào nguồn cung lithium đầy biến động.
