Lướt web, phát trực tuyến, tụ tập trên mạng xã hội — đối với hàng tỷ người trên khắp thế giới, internet đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Nếu internet là một quốc gia, nó sẽ đứng thứ sáu trong bảng xếp hạng năm 2019 về những quốc gia tiêu thụ năng lượng lớn nhất thế giới theo tiểu bang, theo một nghiên cứu của nhóm nghiên cứu The Shift Project. Do đó, trong nỗ lực trở nên bền vững hơn, nhiều nhà cung cấp internet đang chuyển sang sử dụng điện từ các nguồn tái tạo như gió và mặt trời. Tuy nhiên, cả hai nguồn này đều phụ thuộc vào thời tiết và do đó, có thể thay đổi. Bernd Schulte-Sprenger, giám đốc điều hành của Power and Air Condition Solution Management GmbH (PASM), một công ty con của Deutsche Telekom, cho biết: “Đối với một công ty viễn thông, việc có nguồn điện ổn định là rất quan trọng. Chúng tôi không thể để mất điện dù chỉ một giây”. Lực lượng lao động gồm 140 người của ông đảm bảo rằng “các địa điểm cốt lõi” của công ty mẹ — các trung tâm được sử dụng để vận hành hệ thống mạng — nhận được nguồn cung cấp điện liên tục và do đó có thể cung cấp dịch vụ di động và internet liên tục cho 48,5 triệu khách hàng di động của công ty.

Trong quá trình tìm kiếm các hình thức cung cấp điện mới, PASM hiện đang thử nghiệm một công nghệ tiên phong tại một cơ sở cốt lõi của Deutsche Telekom ở Berlin. Tại đây, hai hệ thống pin nhiên liệu oxit rắn cố định của Bosch đã được lắp đặt vào tháng 2 năm 2022. Chúng sử dụng quy trình điện hóa để tạo ra năng lượng điện từ khí tự nhiên hoặc khí sinh học, tùy chọn có thêm hỗn hợp hydro. Phản ứng này cũng tạo ra nhiệt. Trong tương lai, khi SOFC được cung cấp nhiên liệu bằng hydro xanh (tức là hydro được sản xuất bằng điện từ năng lượng tái tạo), điện và nhiệt được tạo ra sẽ hoàn toàn không có carbon.

Năng lượng nhiệt từ phản ứng có thể được sử dụng để sưởi ấm hoặc làm mát

Đơn vị SOFC trông có vẻ ngoài tương lai này chứa hàng trăm pin nhiên liệu. Chúng được xếp thành từng chồng, tạo thành động cơ của quá trình điện hóa. Mỗi đơn vị SOFC tạo ra khoảng mười kilowatt (kW) điện và khoảng 3 kW nhiệt. Trong suốt một năm, con số này lên tới khoảng 80.000 kilowatt-giờ (kWh) điện — đủ để đáp ứng nhu cầu điện hàng năm của 20 hoặc nhiều hộ gia đình bốn người. Quá trình này cũng tạo ra năng lượng nhiệt, có thể được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà hoặc để sản xuất — thông qua máy làm lạnh hấp thụ — nước lạnh để làm mát máy chủ.

Hiệu quả cao và tiết kiệm nhiên liệu

Pin nhiên liệu đạt hiệu suất điện là 60 phần trăm. Để so sánh, một nhà máy điện đốt than non đạt hiệu suất điện trung bình khoảng 40 phần trăm, một nhà máy điện đốt than hoặc đốt khí đốt khoảng 45 phần trăm. Nếu năng lượng nhiệt do một đơn vị SOFC tạo ra cũng được sử dụng, điều này có thể tăng hiệu suất tổng thể lên hơn 85 phần trăm.

Hơn nữa, các hệ thống SOFC rất linh hoạt khi nói đến việc lựa chọn chất mang năng lượng. Trong dự án thí điểm Berlin, PASM hiện đang sử dụng khí đốt tự nhiên vì không có cơ sở hạ tầng hydro tại địa phương. Tuy nhiên, về lâu dài, công ty có ý định chuyển đổi hai đơn vị thí điểm sang chất mang năng lượng bền vững hơn. Ngay cả khi chạy bằng khí đốt tự nhiên, SOFC vẫn thân thiện với môi trường hơn đáng kể so với một số hình thức phát điện khác: lượng khí thải carbon thấp hơn khoảng hai phần ba so với phát điện bằng than ở Đức và hầu như không tạo ra oxit nitơ hoặc khí thải dạng hạt. Trong tương lai, khi SOFC chỉ chạy bằng hydro được sản xuất bền vững, lượng khí thải carbon sẽ bị loại bỏ hoàn toàn.

Quá trình tạo ra điện trong pin nhiên liệu oxit rắn diễn ra như thế nào?

Một bản sao kỹ thuật số cho mỗi đơn vị SOFC

Đơn vị SOFC cũng là một công cụ thay đổi cuộc chơi khi nói đến kết nối kỹ thuật số. Ngay từ đầu, nó đã được thiết kế như một thiết bị IoT để kết nối với đám mây. Trong toàn bộ vòng đời của hệ thống pin nhiên liệu cố định, dữ liệu được thu thập và sau đó được liên kết ngữ nghĩa để tạo ra một hình ảnh ảo — một bản sao kỹ thuật số — cho phép theo dõi thời gian thực từng đơn vị SOFC và cung cấp thông tin quan trọng cho các nhân viên bảo dưỡng và bảo trì. Ngoài ra, dữ liệu từ tất cả các đơn vị được kết nối có thể được phân tích bằng AI, do đó cho phép cải thiện hiệu quả, phát triển sản phẩm và sản xuất hơn nữa. Tương tự như vậy, có thể kết hợp các hệ thống pin nhiên liệu phi tập trung vào hệ sinh thái của riêng khách hàng — bao gồm các nền tảng quản lý năng lượng và tòa nhà. Công việc cũng đang được tiến hành trên các ứng dụng thực tế tăng cường và thực tế ảo sẽ cung cấp chức năng chẩn đoán và bảo trì từ xa được cải tiến. Nói cách khác, ngoài việc thu thập dữ liệu cho mục đích cải tiến sản phẩm liên tục, bản sao kỹ thuật số còn mang lại lợi ích trực tiếp cho các nhà điều hành SOFC.

Tiềm năng lớn cho tương lai

Hệ thống pin nhiên liệu phi tập trung cung cấp năng lượng bền vững được tạo ra tại địa phương bằng công nghệ mang lại lợi ích của kết nối kỹ thuật số. Schulte-Sprenger giải thích: “Những cải tiến như vậy chỉ ra con đường phía trước, cho cả chúng tôi với tư cách là một công ty và cho toàn xã hội”. “Và, tại Bosch, chúng tôi có một đối tác giá trị sẽ tiếp tục phát triển công nghệ pin nhiên liệu trong thời gian dài và do đó giúp đảm bảo an ninh cho các hệ thống CNTT và viễn thông”. Hiện tại, hai đơn vị SOFC tại địa điểm cốt lõi ở Berlin chỉ cung cấp một phần nhỏ năng lượng cần thiết tại đó. Schulte-Sprenger nói thêm: “Nhưng sau giai đoạn thí điểm thành công, chúng tôi có thể dễ dàng hình dung việc lắp đặt các hệ thống SOFC như một công nghệ chính tại các địa điểm cốt lõi của mình”. “Lý tưởng nhất là chúng sẽ chạy bằng hydro xanh”. Đây sẽ là một bước tiến quan trọng khác hướng tới việc đưa internet lên một nền tảng bền vững. Với việc sản xuất hàng loạt hệ thống pin nhiên liệu cố định sẽ được đẩy mạnh vào năm 2024, Bosch sẽ có vị thế tốt để đáp ứng nhu cầu này.