AI giúp tìm ra vật liệu cho tương lai bền vững

Thông tin được các nhà khoa học chia sẻ tại tọa đàm “Vật liệu cho tương lai bền vững” tổ chức trong Tuần lễ khoa học công nghệ của Quỹ VinFuture 2024, sáng 4/12 tại Hà Nội.

Pin mặt trời là then chốt của năng lượng tái tạo

Tại Tọa đàm, PGS.TS Vũ Hải Quân - Giám đốc Đại học Quốc gia TP.HCM cho biết, với chủ đề “Vật liệu cho tương lai bền vững”, tọa đàm sẽ là cơ hội để các nhà khoa học hàng đầu thế giới đóng góp tiếng nói giải quyết những thách thức liên quan đến phát triển bền vững và đổi mới sáng tạo công nghệ. Từ đó, hình thành ý tưởng, giải pháp, tiềm năng định hình tương lai tốt đẹp hơn cho thế hệ mai sau.

“Khoa học vật liệu ngày càng đóng vai trò quan trọng, không chỉ tạo nền tảng cho tiến bộ của ngành khoa học công nghệ, mà còn thúc đẩy chúng ta tìm ra giải pháp bền vững trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng và môi trường”, PGS.TS Vũ Hải Quân chia sẻ.

Trong phát triển vật liệu và năng lượng xanh, các nguồn năng lượng tái tạo như mặt trời, gió và thủy điện ngày càng trở thành trụ cột trong việc giải quyết khủng hoảng năng lượng toàn cầu và giảm lượng khí thải carbon. Trong đó, vật liệu cho pin mặt trời đóng một vai trò then chốt.

Với các vật liệu tiên tiến như silicon, perovskite và vật liệu hai chiều, pin mặt trời được gia tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng, đồng thời giảm chi phí sản xuất. Những cải tiến này không chỉ mở rộng khả năng tiếp cận năng lượng sạch mà còn góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

“Nghiên cứu và phát triển các vật liệu mới cho pin mặt trời là yếu tố cốt lõi trong việc thúc đẩy ứng dụng năng lượng tái tạo, đóng góp trực tiếp vào các mục tiêu phát triển bền vững toàn cầu. Đây không chỉ là thách thức kỹ thuật mà còn liên quan chặt chẽ đến phúc lợi xã hội, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế”, PGS. TS Vũ Hải Quân nhấn mạnh.

Giáo sư Richard Henry Friend – Đại học Cambridge (Anh), Chủ tịch Hội đồng Giải thưởng VinFuture và Chủ nhân Giải thưởng Millenium Technology Vật lý 2010 cũng cho rằng, chúng ta cần phải phát triển một lượng năng lượng tái tạo vô cùng lớn, liên quan đến vật liệu tiên tiến và tập trung vào pin mặt trời để giảm thải lượng khí CO2 xả ra môi trường mỗi năm.

“Với sự thay đổi của công nghệ, giá thành của pin mặt trời đã có giá thành hợp lý và đang là công cụ cần thiết để con người đạt được nền kinh tế Net Zero”, Giáo sư Richard Henry Friend khẳng định.

Tìm vật liệu mới kết hợp với Silicon

Tại tọa đàm, GS Martin Andrew Green - Giám đốc sáng lập Trung tâm Quang điện Tiên tiến tại Đại học New South Wales (Australia), Thành viên Hội đồng Giải thưởng VinFuture cho biết, công nghệ sử dụng trong chế tạo pin mặt trời thập kỷ vừa qua đã thay đổi rất nhiều. Hiệu suất các tấm panel đã tăng từ 16% lên 21,6%.

Trong một thập kỷ qua, giá pin mặt trời đã giảm mạnh, từ 1 USD/W năm 2009 xuống còn 0,10 USD/W hiện nay. Hiệu suất các tấm pin cũng tăng từ 16% lên 21,6%, nhờ ứng dụng các công nghệ tiên tiến như TOPcon, HJT, IBC và PERC. Khi nhu cầu năng lượng toàn cầu đạt 1 terawatt (TW) trong năm tới, silicon vẫn giữ vai trò chủ chốt nhờ khả năng đáp ứng sản phẩm sản xuất với chi phí thấp.

Tuy nhiên, "Cha đẻ năng lượng mặt trời" GS Martin Green cho rằng, silicon là vật liệu ưu việt nhưng để đạt được hiệu suất cao hơn, cần tìm cách kết hợp với các vật liệu khác. Vật liệu kết hợp phải đáp ứng các yêu cầu: có sẵn, không độc hại và tương thích với silicon.

Giáo sư Marina Freitag - Nhà nghiên cứu của Royal Society (URF) tại Đại học Newcastle (Anh) đã chỉ ra vật liệu mới “Perovskite” có tiềm năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng với hiệu suất cao hơn nhiều so với silicon truyền thống.

Khi kết hợp perovskite với silicon, có thể giảm tới 80% lượng silicon cần sử dụng, đồng thời tăng cường khả năng chuyển đổi năng lượng, giảm chi phí sản xuất và dễ dàng tái chế hơn. Những vật liệu như perovskite có thể tồn tại lâu dài, không gây hại cho môi trường. Từ đó, mở ra một hướng đi quan trọng trong phát triển năng lượng tái tạo bền vững.

AI giúp phát triển vật liệu mới cho pin mặt trời

Trong phiên thảo luận, vai trò của trí tuệ nhân tạo (AI) trong việc phát triển vật liệu mới và tối ưu hóa quá trình nghiên cứu được các nhà khoa học và đại biểu quan tâm.

GS Sir Richard Henry Friend - Đại học Cambridge (Anh) nhận định, tương lai của năng lượng mặt trời không chỉ dựa vào cải tiến vật liệu mà còn nằm ở ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong nghiên cứu và sản xuất.

Ông lấy ví dụ, một đại học tại Hong Kong đã ứng dụng AI để mô phỏng máy tính, sắp xếp các lớp vật liệu trên silicon, từ đó định hướng nghiên cứu nhanh chóng và hiệu quả hơn. “AI giúp rút ngắn thời gian, tối ưu hóa quy trình và giảm chi phí sản xuất, tạo ra những “đường tắt” quan trọng cho phát triển vật liệu”, GS Sir Richard Henry Friend chia sẻ.

Trong khi đó, GS Nguyễn Thục Quyên - Chủ tịch Hội đồng sơ khảo Giải thưởng VinFuture, đã đề cập đến cách AI có thể giúp tối ưu hóa các vật liệu năng lượng mặt trời ngay từ khi thiết kế. Nó có thể giúp dự đoán và phân tích các vật liệu có tiềm năng cao, giảm thiểu thời gian nghiên cứu và cải thiện hiệu quả sản xuất.

Tuy nhiên, khi sử dụng AI cần cân nhắc về năng lượng sử dụng, trung tâm dữ liệu. Việc chuẩn hóa dữ liệu và cải thiện chất lượng đầu vào thông tin cũng rất cần thiết để AI phát huy hiệu quả.

Theo dự báo, đến năm 2030, sản lượng năng lượng mặt trời cần đạt 3TB GW mỗi năm. Điều này đòi hỏi sự thay đổi mạnh mẽ trong công nghệ và quy mô sản xuất. GS Martin Green cho rằng, việc phát triển vật liệu mới cho pin mặt trời là yếu tố then chốt để thúc đẩy ứng dụng năng lượng mặt trời trên quy mô lớn, góp phần giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và hướng tới một tương lai năng lượng sạch.