Năng lượng của những cơn lốc xoáy

Hệ thống thời tiết vừa mới đây đã nhắc nhở lại cho thế giới rằng nó có một năng lượng đáng kinh ngạc. Năng lượng do một cơn bão lớn phát ra có thể vượt quá mức năng lượng cả nhân loại tiêu thụ trong một năm, và thậm chí một trận lốc xoáy cỡ trung bình cũng sinh ra năng lượng tương đương với một nhà máy điện lớn. Giá như nhân loại có thể khai thác được nguồn năng lượng đó chứ không phải là phó mặc bản thân cho tự nhiên định đoạt.

Louis Michaud, một kỹ sư người Canada hiện đang làm việc cho một công ty dầu khí lớn, tin rằng ông đã phát minh ra một phương pháp để thực hiện điều này, bằng cách tạo ra lốc xoáy nhân tạo có thể kiểm soát và khai thác được. Ông gọi phát minh của mình là “động cơ gió xoáy khí quyển”.

Ý tưởng của ông thực hiện dựa trên nguyên lý cơ bản, tương tự như một ống khói năng lượng mặt trời, gồm có một cột hình trụ cao, rỗng được đặt trong một nhà kính lớn. Mặt trời đốt nóng không khí trong nhà kính. Không khí nóng bay lên, nhưng đường thoát khí duy nhất là qua ống khói. Người ta đặt một tua bin ở chân ống khói để sản xuất điện năng, khi không khí đi qua. Một ống khói năng lượng mặt trời cỡ nhỏ đã vận hành thành công tại Tây Ban Nha vào những năm 1980, và EnviroMission, một công ty Ôxtrâylia, đang lên kế hoạch xây dựng một ống khói thử nghiệm cao 1000 m tại New South Wales. Nhưng Michaud lưu ý rằng hiệu quả của hệ thống này tỷ lệ thuận với chiều cao của ống khói, điều này bị hạn chế vì những lý do thực tiễn. Kế hoạch của ông là thay thế ống khói bằng luồng khí xoáy vận động giống như một cơn lốc, với đường di chuyển của khí có thể kéo dài tới vài ki-lô-mét.

Cơn lốc xoáy này được tạo ra trong một tường vòng hình trụ lớn, có đường kính 200m và cao 100m. Khí ấm từ mặt đất đi qua rãnh nhỏ tiếp tuyến xung quanh đáy của tường hình trụ này. Hơi nước cũng được đưa vào để tạo ra lốc xoáy. Khi đã hình thành, phần nhiệt của không khí sát mặt đất đủ để giữ lốc xoáy tiếp tục hoạt động. Khi lên cao, không khí lạnh và toả ra xung quanh, và hơi nước bắt đầu ngưng tụ, giải phóng ra nhiều nhiệt hơn. Trên thực tế, hiện tượng sinh năng lượng trong một cơn bão có thể được coi như một động cơ nhiệt, nhận không khí nóng ẩm ở đáy, làm thoát không khí lạnh và chứa nước ở trên đỉnh của tầng đối lưu cao khoảng 12km, và giải phóng ra một lượng năng lượng khổng lồ trong quá trình này. (Cũng như nước cần được cung cấp nhiệt để đun sôi thành hơi nước, hơi nước sẽ giải phóng nhiệt khi ngưng tụ lại thành thể lỏng).

Lốc xoáy của Michaud có thể đạt tới độ cao của một cơn bão thật sự, nhưng chân lốc của nó không di chuyển. Cường độ của lốc xoáy có thể kiểm soát được bằng cách đóng các rãnh đưa khí vào ở quanh chân tường hình trụ hoặc mở những rãnh khác để đưa khí vào theo hướng ngược lại làm giảm tốc độ quay của lốc xoáy. Và tất nhiên, có một loạt các tua bin ở chân lốc sản sinh ra năng lượng khi không khí đi qua những rãnh này. Ông Michaud ước tính rằng một động cơ lốc khí quyển với bán kính 200m có thể sản xuất ra khoảng 200 megawat điện năng.

Đúng vậy, nhưng liệu điều này thực sự có thể thực hiện được không? Và nếu có thể thực hiện được, liệu cơn lốc đó có thực sự kiểm soát được không? Michaud thừa nhận rằng từ “lốc” có xu hướng làm mọi người lo lắng. Mùa hè năm nay, 30 năm sau khi đưa ra ý tưởng này, ông đã bắt tay vào tiến hành các thử nghiệm tại Utah, với một ống hình trụ đường kính 10m. Mục đích trước tiên của ông là chứng tỏ rằng thực sự có thể tạo ra và kiểm soát được  những cơn lốc nhân tạo. Bước tiếp theo, ông cho biết, sẽ cải tiến một tháp làm mát tại một nhà máy điện hiện có để sử dụng lốc xoáy khí thay cho những cánh quạt lớn thông thường nhằm tạo ra lượng gió cần thiết. Bước cuối cùng là đưa vào thêm các tua bin để tạo ra năng lượng từ lốc xoáy đó.

Bên cạnh những khó khăn về kỹ thuật, Michaud phải vượt qua được sự chia rẽ văn hoá giữa các nhà nghiên cứu khí quyển học và cộng đồng biến đổi thời tiết. Các nhà khoa học coi những người biến đổi thời tiết là những người lập dị. Về phía mình, những người biến đổi thời tiết không thể hiểu tại sao các nhà khoa học không dùng một cách tiếp cận mang tính thực nghiệm hơn để tìm hiểu về thời tiết, thay vì chỉ đơn giản là quan sát và dự báo nó. Michaud đã đăng 9 bài nghiên cứu trên các tạp chí khí quyển học và khí tượng học, và ông cho biết phát minh của ông dựa trên những nguyên lý cơ bản phù hợp với những hiểu biết hiện tại của các nhà khoa học về việc hệ thống thời tiết tự nhiên hoạt động như thế nào. Đó là về phần lý thuyết. Bây giờ ông phải chứng minh được rằng hệ thống này có thể vận hành trên thực tiễn.

Nguồn: Tri thức và phát triển, số 44/2005