Thử xem Hoa Kỳ đang làm gì cận đại hóa hạ - (thượng) tầng cơ sở - infrastructure theo tương lai công nghệ ở các lảnh vực: chuyên chở, nước, điện, viễn thông, ống cống nhà máy làm sạch nước thải: ( chiếu theo trình bày số tháng 2 năm 2010 của Nguyệt San Khoa học Phổ thông - Popular Science ) . Viêt Nam
G S Tôn thất Trình
Các toán xây dựng đường xá thành phố Chicago
Rồi đây , đường xá và đường dây tải điện sẽ tự sửa chửa lấy , và Hoa Kỳ sẽ khai thác các mỏ năng lượng từ các phế thải. Điều chỉnh này ở Hoa Kỳ vào thế kỷ 21, sẽ không một sớm một chiều là xong ngay, nhưng Hoa Kỳ có thể bắt đầu thu thập lợi lộc ( băng tần rộng nhanh hơn! nước sạch hơn! ) trong vòng vài năm tới. Có lẽ VioetNam
Rồi đây , đường xá và đường dây tải điện sẽ tự sửa chửa lấy , và Hoa Kỳ sẽ khai thác các mỏ năng lượng từ các phế thải. Điều chỉnh này ở Hoa Kỳ vào thế kỷ 21, sẽ không một sớm một chiều là xong ngay, nhưng Hoa Kỳ có thể bắt đầu thu thập lợi lộc ( băng tần rộng nhanh hơn! nước sạch hơn! ) trong vòng vài năm tới. Có lẽ Vioet
Hư hỏng , rối bù số 1 : Chuyễn vận
Hoa Kỳ phải đánh bại mạng lưới điếc tai, các ỗ gà - hố đường ác quỉ và các đường tuyết đông thành đá cực kỳ nguy hiểm.
1- Xe ô tô báo cáo các ổ gà. Có nhiệm vụ sửa chửa một phần ba xa lộ chánh đang ở tình trạng bê bối. Những kiểu xe nay đầu tiên sẽ xuất hiện 3 năm tới.
Trên một hệ thống mới phát triễn tại Viện Đại Học Đông Bắc Hoa Kỳ, những loại xe chạy xa ở các đường trải nhựa ( tắc xi , xe buýt , xe chở rác ) sẽ đặt thêm những máy dò làn sóng âm thanh, hầu dò tìm các ổ gà, trước khi mắt người nhìn thấy. Các làn sóng âm thanh tìm dò 0.9m phần trên đường xá cho biết các lỗ hổng không khí lộ liễu và các vết rạn nứt nhỏ, trong khi các máy rađar dò sâu, nhìn vào bên trong cầu có lối đi ở trên - deck bridge tìm kiếm xói mòn và máy laser rà dò - scan mặt đường. Một nối kết tế bào - cellular connection đưa dữ liệu đến các trung tâm kiểm soát ; nơi đó sẽ có thể tập hợp lập bản đồ các điểm hư hỏng .
2- Cầu uốn cong theo bộ phận điều chỉnh . Có nhiệm vụ nâng cấp 26% cầu già lụ khụ, hư hoại . Hiện có nhiều dịch bản cho người đi bộ; những cầu xe chạy sẽ có dịch bản 10 năm tới.
Cầu bình thường là một cấu tạo cứng rắn, nhưng cũng sẽ tan vỡ theo thời gian vì căng thẳng quá mức . Các cấu tạo “tính kéo căng - tensegrity “ phân tán tải chuyễn qua một ổ cáp căng thẳng và thanh chống ép nén giúp chúng, vừa uốn dẽo dang vừa có cấu tạo cứng rắn. Nay, viện đại học UC San Diego đang phát triễn những loại cầu .kéo căng chịu đựng vận tải , có những máy dò phản hồi hướng dẫn những điều chỉnh tế nhị về chiều dài (dây) cáp, có cơ giảm bớt những căng thẳng thay đổi của một xe cam nhông quá tải, phản ứng chống lại tần số rung chuyễn của một trận đông đất hay phân tán chất tải của nhiều cáp.
3- Bê tông cảm giác được đường rạn nứt và tự làm lành lấy . Có nhiệm vụ là thay thế hàng dặm Anh bê tông xa lộ với những dịch bản khôn khéo hơn . Hiện thử nghiệm ngoài trời bê tông tự cảm giác đang tiến triễn .
Các ống nanô carbon được đánh giá cao vì các sức mạnh và mức kháng áp xuất điện của chúng ; chúng thay đổi mức điện trở - electrical resistance khi chúng bị căng thẳng. Xun Yu , một giáo sư công nghệ cơ khí tại viện đại học Minnesota, thành phố Duluth , đang cố tâm nấu ra một pha trộn bê tông chứa 0.1 % ống nanô carbon , làm bê tông khó nứt rạn hơn là bê tông truyền thống , và còn khôn khéo nữa . Bằng cách đặt nằm điện cực vào đó, khi đổ bê tông, Yu có thể đo lường thay đổi mức điện trở dò ra nén ép khi xe hơi chạy qua . Những dịch bản tương lai sẽ tính toán tốt đẹp hơn tốc độ và cân nặng của các xe đang chạy để nhìn thấy, đúng lúc xảy ra, căng thẳng đường xá. Trong khi đó, một pha trộn bê tông mới do Victor Li, giáo sư công nghệ công chánh và môi sinh viện đại học Michigan, phát triễn, chứa các hột xi măng không ngậm nước, được hoạt hóa khi phô bày với carbon dioxide trong không khí và nước các cơn mưa; đúng như khi bạn tìm thấy vết nứt rạn nhỏ trên đường xá . Phản ứng sản xuất một chất xi, đóng kín - seal calcium carbonat , phục hôi khả năng chịu đựng chất tải của tấm lát ốp - slab.
4- Xi măng lóng lánh,, rực sáng . Có nhiệm vụ dùng xa lộ lân quang - phosphorescent để giảm 50 % tai nạn chết chóc xa lộ ban đêm . Hiện tại các kiểu mẫu đầu tiên đã được chứng minh.
Các phosphor nanô đúng như sắc dạng chúng nói lên: những hạt tử tí xíu bừng sáng lên sau khi phô bày dưới ánh nắng. Các nhà khoa học tại Ủy Ban Khảo Cứu Khoa Học và Công Nghệ ở Nam Phi đã thêm chúng vào những vật liệu, tỉ như xi măng và sơn, hầu tạo ra những điều như các dấu vẽ lằn tự chiếu sáng và đường xá sáng chói, mà không có đèn treo cao ở trên đường. Cả hai có thể giúp khỏi lạc ra ngoài lằn đêm khuya, cũng như đụng độ với động vật ( và bộ hành ) trên các đường xá nông thôn , không được thắp sáng. Hiện tại, ánh sáng chói chỉ kéo dài vài giờ, nhưng các nhà khảo cứiu đang thí nghiệm với các chất phụ thêm , mong tìm ra một pha trộn có thể sáng rực suốt đêm .
5- Xa lộ tồn trữ được nhiệt lượng. Có nhiệm vụ đặt nằm trong đường xá những ống đem theo nước, nắm giữ được năng lượng mặt trời . Hiện tại các dự án này đã sẳn sang ở Âu Châu .
Hệ Thống Năng Lượng Đường Xá do hảng công nghệ Hòa Lan Ooms Avenhorn họa kiểu, chụp bắt năng lượng của nhựa trải đường nóng hay nguội. Một lưới nước ch.ay quanh dưới một lớp nhựa trải đường đặc biệt, hâm nóng lên vào mùa hè và lạnh đi vào mùa đông , trước khi được bơm xuống một thủy cấp sâu cách ly thiên nhiên khoảng 90m . Nước nóng hay nước lạnh có thể được sử dụng ở các xây cất gần đó . Vào mùa hè , nước lạnh tồn trữ cũng giúp làm lạnh đường xá cho đường xá khỏi bị mềm và hư hỏng đi. Mùa đông nước nóng sẽ giúp cho nước khỏi đông thành nước đá
6- Đường xá tự làm chảy nước đông đá. ( ít khi xảy ra ở Việt Nam
Một phương pháp mới phủ đầy đường xà có tên là Lằn An toàn - Safelane , không những tăng sức kéo của vỏ xe mà còn giúp ngăn ngừa tích trữ nước đá và tuyết bằng cách nắm giữ các muối làm tan nước đá , giúp cho các toán sửa đường xá khỏi rải muối, một vài ngày trước khi có bảo tuyết, hơn là đợi cho đến khi tuyết rơi xuống mặt đất . Lằn An toàn gồm những lớp êpoxy trộn với đá vôi đô lô mít. Lớp êpoxy không bì tuyết cày xới mất , tuổi thọ kéo dài đến 25 năm và giúp đóng kín -xi lại mặt đường làm cho các chất muối xói mòn khỏi trực di, rơi xuống những thanh thép ở những phần cầu dành cho bộ hành . Thành quả trong 5 năm qua cho thấy tai nạn mùa đông ở Hoa Kỳ đã giảm bớt 70% .
7- Xe lữa ( tàu hỏa ) nâng cao chạy không có đường rầy. Có nhiệm vụ là cọng thêm các đường xe lữa trong đô thị, chỉ tốn 1/3 phí tổn làm đường rầy nhỏ qui ước. Hiện Viện Chuyên chở Đại học Texas A&M cống hiến đất không dùng, để thiết lập thử nghiệm một đường xe dài 2 dặm Anh.
Hầu tiết kiệm phí tổn nhiều tỉ đô la Mỹ làm sạch sẳn sàng bề rộng đường này rộng 7,2m, hảng làm xe lữa Tubular Rail muốn tàu chạy đến 150 dặm Anh ( trên 250 km ) /giờ trên các hạ tầng hiện hửu , nhờ xây cất một lọat vòng cao , cách nhau 30m . Khi tàu chạy trên mỗi vòng, xe lữa chế tạo bằng sợi carbon dài 120m được đẩy bằng các băng lăn thép chạy điện . Để tiết kiệm nhiên liệu, các động cơ chỉ tăng tốc bánh răng khi có một tàu sắp tới gần. Có đến 90 % năng lượng động lực - kinetic energy của xe lữa có thể chụp bắt lại được khi các băng lăn mở cuộn ra .
Hư hỏng , rối bù số 2: Nước nôi
Hoa Kỳ phải thay thế các nhà máy lọc sạch, xử lý nước sử dụng quá nhiều năng lượng , mà mạng lưới ống cống rò rĩ, thất thoát nước xây cất từ thế kỷ thứ 19 . Hạ tầng cơ sở nước ở Hoa Kỳ còn xưa cũ hơn cả mạng lưới đường xá và điện , nhiếu đường ống đã đặt ở hố đào tay từ thế kỷ 1800 . Ở một phần vùng Đông Bắc Hoa Kỳ , đến 50% nước sạch rò rĩ xuống đất giữa các nhà máy lọc sạch và vòi nước rô bi nê. Khắp Hoa Kỳ tinh ra mất 21 tỉ lít nước uống một ngày vì rò rĩ này và Hoa Kỳ có một mạng ống nước dài 800 000 dặm Anh (1 350 000 km), cần theo dõi thường xuyên và sửa chữa. Hoa Kỳ cũng dùng quá nhiều năng lượng làm sạch nước, không lý gì tới cách sử dụng nước và chở đi xa theo đường ống. Trong tương lai chỉ phải làm sạch khi cần dùng mà thôi .
1-Nơi lọc sạch nước mặn cở láng giềng. Có nhiệm vụ không tập trung hệ thống nước làm sạch nữa. Hiện đã có những kiểu mẩu đầu tiên, và sẽ có những đơn vị thương mãi trong vòng một năm .
Kỷ sư Hóa học Yoram Cohen , viện đại học Ca Li đã có một giải pháp cho các cộng đồng đang khát nước ở những bang như Ca Li , đã phải đốt cháy 20 % điện hầu xử lý làm sạch và bơm nước từ các hồ dự trữ cao cấp xa xôi, để dàn trãi nhiệm vụ. Các máy làm thấm thấu ngược màu nâu đà kích thước giường ngũ - tanning bed-size reverse osmosis có thể phơi bày trên dưới bờ biển ; mỗi đơn vị hút nước biển cung cấp cho các vùng lân cận , dung tích chừng 20 000 lít nước uống một ngày. Những đơn vị này có phần mềm điều chỉnh tốt, lọc sạch nước tùy theo phản ứng địa phương thay đổi nhiệt độ nước, độ mặn , pH, bùn đất sét, và có thể kiểm soát từc xa tại một trung tâm hoạt động trung ương.
2- Làm sạch nước như cây cối , thực vật. Có nhiệm vụ xử lý nước ở Hoa Kỳ dùng ít terawatts hơn. Sẽ có những dịch bản kích thước nhỏ khoảng năm 2011.
Cây cỏ kéo nước vào rễ nhờ hiện tượng thấm thấu - osmosis , sữ dụng những kênh bé tí xíu goi là tế khổng(lỗ nhỏ) nước - aquapores ; một phương pháp không cần dùng đến tí nào năng lượng cả. Nay một công ty Đan Mạch tên gọi là Aquaporin đang phát triễn một màng mỏng- membrane , căn cứ trên cùng nguyên tắc này, để trích chiết ra nước H2 0 tinh khiết từ nước biển, chỉ tốn 1/3 sở phí và 1/10 năng lượng dùng ở hệ thống thấm thấu ngược qui ước. Các kênh protêin màng mỏng, mỗi cái chỉ dày có vài nanômét , giúp cho một dòng phân tử nước-và chỉ có những phân tử nước- là lọt qua được, những hàng nối đưôi nhau duy nhất theo tỉ xuất 1 tỉ một giây đồng hồ . Khỏi cần bơm để đẩy nước xuyên qua các kênh.
3- Đóng nghẹt các ống nước bị rò rĩ, thất thoát . Có nhiệm vu bơm các khối như cao su vào hệ thống ống cố tìm ra các chỗ thất thoát và tự đổng sửa chửa liền . Đã thiết lập ở Anh Quốc năm 2008.
Hảng dầu và khí dầu Tô Cách Lan - Scotland Brinker Technology không có hệ thống đào hầm sửa chửa ống, bắt chước phương cách hình thành khối làm nghẹt khi ống bị cắt đứt. Khi dò ra một nơi thất thoát nước, toán xe sửa chửa có thể chạy đến gần vòi rồng - hydrant chửa lữa kế cận và bơm các tấm- platelet nhỏ, những khối hay trái banh tựa cao su mềm , ướt át có kích thước từ ít hơn một millimét đến bề ngang gần 6cm , tùy theo kích thước lổ thất thoát. Các tấm này di chuyễn trong ống cho đến khi áp xuất dòng chảy ra kéo chúng đến nơi thất thoát . Ở đó, chúng tập hợp nhau thành một tấm làm nghẹt lâu dài. Các cơ sở tiện nghi - utilities khỏi cần biết đích xác vị trí các lổ thất thoát.
4- Đặt ông không cần phải đào hố, đao hầm. Có nhiệm vụ giải quyết 245 000 vụ ống nứt bể mỗi năm, mau lẹ hơn nhiều cách dùng thanh câu xoi lòn trong ống. Hiện đã có hàng ngàn mét ống được sửa chửa như thế ở Hoa Kỳ.
Một phương cách khác để sửa chửa ống bị bể, khỏi cân kêu xe gàu xúc ngược - back hoe là bao phủ bên trong thành ống mới - nay đã thông dụng cho các ống cống thóat thải - sewage pipes , cần ít áp xuất hơn vì chúng dựa vào trọng lực để di chuyễn các chất thải chứa trong ống. Nhưng hảng Insituform Technologies , tọa lạc tại bang Missouri, sử dụng các thanh câu mới InsituMain liner, có thể chịu đựng các lực nội tạng ống có áp lực , giúp sửa chửa tại chỗ các đường ống chánh nước uống . Thay vì đào một đường hầm hố dài, chỉ cân hai điểm đi vào ( cách nhau chừng 210 m) được cắt đi ở một trong hai bên nơi ống bể . Rồi các nhân công nhét vào mốt cuối ống một thanh câu uốn éo được làm bằng composit sợi nỉ và gương - felt and glass fiber và làm thấm ướt thanh bằng nhựa epoxy, đóng lại theo nhiệt độ - thermosetting epoxy và kéo nó suốt dọc thành bên trong ống đang sụp đổ Phô bày thanh câu với hơi hay nước nóng làm thanh cứng lên và xi đóng kín , mặc cho nó phun tóe ra bên trong ống. Việt Nam
5- Vi khuẩn làm cho nước độc hại rực sáng. Nhiệm vụ là thiết đặt các máy dò tim lân quang- phosphorescent detectors dò chất độc hại ở 155 000 hệ thống nước uống Hoa Kỳ . Sẽ bán thương mãi trong vòng 2- 5 năm tới .
Vi khuẩn là những thiên tài nho nhỏ để xác định những phân tử . Chúng cũng sinh sản mau lẹ, rẽ tiền và thao tác dễ dàn , là những công nhân lý tưởng. Nhà hóa học Sylvia Daunert , viện đạị học Kentucky , dùng những dòng E.coli được thay đổi di truyền , không độc hại đã họa kiểu một kiểu mẩu đầu tiên hệ thống dò sinh học - biosensors , có khả năng dò ra một loạt chất độc hại ở nước uống , gồm luôn cả arsenic ,( thach tín ) anthrax, chì và các PCB . Các vi khuẩn đặt ở đầu một cáp sợi quang, treo lũng lẳng ở cung cấp nước uống . Khi chúng dò ra một chất độc hại , vi khuẩn rực sáng lên . Ánh sáng chúng sản xuất được mang theo suốt dọc sợi đến một trạm theo dõi . Nơi đó sẽ đo lường hầu qui định chính xác nồng lượng phân tử độc hại ( nhạy cảm xuống đến thang một phần của một tỉ - parts -per- billion )
Hư hỏng, rối bù số 3 : Điện
Đại tu bổ các nhà máy điện thiếu hiệu năng và mạng lưới điện cũ
Nghiên cứu năm 2006 tại La bô Quốc Gia Hoa Kỳ Lawrence Berkeley, Bắc Ca Li, tìm thấy là điện tắt bất ngờ tổn phí cho nền kinh tế Mỹ khoảng chừng 79 tỉ đô la một năm, tương đương với 1/3 tiền tiêu thụ điện quốc gia vì mạng lưới điện già nua.Trong khi đó năng lượng tiêu thụ hy vọng sẽ tăng gần 1, 150 terawatt - giờ ( tera là một triệu triệu ) hay 1 150 000 kilowatts / giờ , nghĩa là mức tiêu thụ của thêm 13 thành phố New York, vào năm 2030. Một mạng lưới điệnthông minh chắc chắn sẽ phụ trợ. Thế nhưng những sáng kiến mới mẽ kể ra sau đây sẽ giúp đuổi kịp yêu cầu điện ở Hoa Kỳ .
1 - Treo những cáp siêu dẫn-super conducting cable, không làm thất thoát điện. Nhiệm vụ là thay thế hàng dặm Anh dây đồng bằng dây cáp, có khả năng tải chuyễn điện 10 lần hơn, tính theo mỗi ngón khối - cubic inch ( một cubic inch bằng 0.028 cubic mét ). Chỉ có thể áp dụng rộng rải 10- 20 năm tới .
Thay vì khai phá những khoảng rộng lớn để thiết đặt hàng ngàn dặm Anh đường dây điện mới chuyễn tải năng lượng tái sinh xuyên qua khắp nước Mỹ, Hoa Kỳ có thể cột nối lại những đường dây hiện hửu chạy bằng cáp siêu dẫn, như loại đang nghiên cứu ở La Bô Quốc Gia Hoa Kỳ tại Oak Ridge . Những dây cáp này chuyền điện đi suốt một lớp băng - tape siêu dẫn, dày môt micro mét - một phần ngàn millimét, vấn quanh ống thép không rĩ - stainless steel chứa đầy nitrogen lỏng, làm đường dây lạnh xuống dưới - 321 0 F, . Ở tính trạng siêu dẫn lạnh ngắt này, đường dây không mất một tí năng lượng nào cả ( hiện nay cáp dây đồng mất 5-7 % điện ).
2- Nhét chật cứng thêm dây đồng dưới đất. Nhiệm vụ là thay thế hàng ngàn dặm Anh dây đang chon, bằng những dịch bản cách ly tốt hơn, chuyễn tải thêm được 25 % điện nữa . Còn 5-10 năm nữa mới được phổ biến rộng rải .
Tại các vùng đô thị, nghe quá nhiều đường dây điện là một điều khó chịu và nguy hiểm. Chon nên đa số điện đi ngang các đô thị qua các ống đặt dưới đất. Khi yêu cầu điện đô thị tăng gia, chúng ta có thể xé toạt đường xá để đặt những đường dây mới ( như Việt Nam
3-Những rôbôt bò trong đồng - copper - crawling. Nhiệm vụ là dàn trải một đội rôbôt lanh trí , trốn chạy dọc theo các đường dây điện, nhìn xem những hư hỏng để mắt con người khỏi phải nhìn. Sẽ có những dịch bản thương mãi đầu tiên vào năm 2012 .
Thanh tra qui ước rất chậm và tốn kém, thường đòi hỏi một máy bay trực thăng bay gần đó. EPRI đang cố tâm làm một robot có thể tự động nghiên cứu một đường dây dài 80 dặm Anh ( 13,5 km ) hai lần một năm, với giá rẽ hơn nhiều và thanh tra đáng tin cậy hơn. Rôbôt sẽ ngồi dạng chân trên đường dây, mang theo một máy chụp hình, một laser rà dò khuếch tán và một phần mềm phân tích hình ảnh ngay trên máy: sẽ dùng để xây dựng lịch sữ nhìn thấy của nơi đường dây hư hỏng, cũng như một bản đồ 3-D các cành cây xâm phạm hay những vấn đề tiêm thế khác . Việtt Nam
4- Những đường dây điện dưới đất tự sửa chửa , làm lành lấy mình . Nhiệm vụ là bao phủ các dây cáp tự xoa dịu , sửa chửa lấy. Sẽ bán th+ơng mãi trong vòng 10 -15 năm tới .
Một cách khác boớt đào đường là tránh đào lộ thiên ra những dây cáp khi sửa chửa hư hại nhỏ.Khi có một nấc hay một nứt rạn tơ tóc ở vỏ cách ly dây cáp, điện trường ở dây đặt dưới đất thay đổi một cách tế nhị. Loại cách điện EPRI đang phát triễn là những hạt tửi nan\ô nhạy cảm cho việc thay đổi này nóng lên và làm tan các phân tử polymer bao quanh , hình thành một sẹo tươi bảo vệ . Khi những đường dây già nua ngày nay dần dần hư hỏng đi, ( ở Hoa Kỳ khoảng 1/4 đã quá tuổi thọ của mình), EPRI hy vọng thay chúng với những đường dây tự sủa chửa lấy
‘ . 5- Làm năng lượng như cây cối làm . Nhiêệm vụ là chuyễn hóa ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa hoc. Năm 2009 , các nhà khoa học tìm thấy nhiều nguyên liệu thô có thể giải tỏa tự do oxygen từ nước H2 O .
Các pan nen mặt trời không duy nhất là chiến lược thu hoạch năng lượng dưới mặt trời. Từ nhiều năm qua, các nhà khoa học cũng đã cố tâm làm những gì cây cỏ, thực vật đã làm, nghĩa là dùng ánh sáng mặt trời làm quang tổng hợp - photosynthesize nhiên liệu. Mãi cho đến ngày nay, đa số phương cách dựa trên các vật liệu hiếm có, thiếu thực tiễn như chất hiếm iridium làm vật xúc tác khởi động phản ứng. Nhưng năm 2009 , các nhà khảo cứu tại La Bô Quốc Gia Hoa Kỳ Lawrence Berkeley, hình dung ra cách nào dùng oxide cobalt , một trong những vật xúc tác công nghệ phong phú nhất thế giới . Để vượt qua khiếm khuyết hiệu năng tương đối khi oxide cobalt dùng ánh sáng mặt trời làm nứt rạn các phân tử nước và giải tỏa ra oxygen, các nhà khảo cứu đãt vật xúc tác thành lớp trên một thang leo độn chặc, làm nó trở nên hửu hiệu 1600 lần hơn.Thành quả là dàn trãi những pan nen oxid cobalt có thể cống hiến một nguồn cung cấp kiên định oxygen, proton và electron . Mục tiêu kế tiếp là là tìm cho ra một vật xúc tác thứ hai, cũng hửu hiệu tương tự biến các phó sản thành một nhiên liệu dày đặc năng lượng, tỉ như methanol làm xăng chạy máy vậy đó .
6- Thêm tồn trữ vào mạng lưới. Nhiệm vụ là xây cất nhà máy đầy những trống ( thùng ) tồn trữ điện . Hiện nay đã có một nhà máy 20 000 KW đang xây cất ở thị trấn Stephentown, bang New York
Thật không tin tưởng nổi là mạng lưới điện Hoa Kỳ ngày nay hầu như không có một tí khả năng tồn trữ nào cả ! Điện ra ngoài ổ cắm đã xuất phát ít hơn một milli giây đồng hồ, nên các nhà máy điện đã phải luôn luôn tạo ra cho đủ năng lượng cho những mủi nhọn cần điện lớn nhất. Hầu sửa soạn cho những biến chuyễn điện đặc hửu của năng lượng tái sinh, chúng ta cần phải kiểm kê điện dư thừa để sử dụng điện vào những lúc trời mây mù, những buổi trưa, chiều tối không gió. Giải pháp của công ty Beacon Power căn cứ tại bang Massachusetts
Thử xem Hoa Kỳ đang làm gì cận đại hóa hạ - (thượng) tầng cơ sở - infrastructure theo tương lai công nghệ ở các lảnh vực: chuyên chở, nước, điện, viễn thông, ống cống nhà máy làm sạch nước thải: ( phần lớn chiếu theo trình bày số tháng 2 năm 2010 của Nguyệt San Khoa học Phổ thông - Popular Science ) . Việt Nam
G S Tôn thất Trình
Phần 3 tiếp theo .
Hư hỏng, rối bù số 3 : Điện
Đại tu bổ các nhà máy điện thiếu hiệu năng và mạng lưới điện cũ
Nghiên cứu năm 2006 tại La bô Quốc Gia Hoa Kỳ Lawrence Berkeley, Bắc Ca Li, tìm thấy là điện tắt bất ngờ tổn phí cho nền kinh tế Mỹ khoảng chừng 79 tỉ đô la một năm, tương đương với 1/3 tiền tiêu thụ điện quốc gia vì mạng lưới điện già nua.Trong khi đó năng lượng tiêu thụ hy vọng sẽ tăng gần 1, 150 terawatt - giờ ( tera là một triệu triệu ) hay 1 150 000 kilowatts / giờ , nghĩa là mức tiêu thụ của thêm 13 thành phố New York, vào năm 2030. Một mạng lưới điện thông minh chắc chắn sẽ phụ trợ. Thế nhưng những sáng kiến mới mẽ kể ra sau đây sẽ giúp đuổi kịp yêu cầu điện ở Hoa Kỳ .
1 - Treo những cáp siêu dẫn-super conducting cable, không làm thất thoát điện. Nhiệm vụ là thay thế hàng dặm Anh dây đồng bằng dây cáp, có khả năng tải chuyễn điện 10 lần hơn, tính theo mỗi ngón khối - cubic inch ( một cubic inch bằng 0.028 cubic mét ). Chỉ có thể áp dụng rộng rải 10- 20 năm tới .
Thay vì khai phá những khoảng rộng lớn để thiết đặt hàng ngàn dặm Anh đường dây điện mới chuyễn tải năng lượng tái sinh xuyên qua khắp nước Mỹ, Hoa Kỳ có thể cột nối lại những đường dây hiện hửu chạy bằng cáp siêu dẫn, như loại đang nghiên cứu ở La Bô Quốc Gia Hoa Kỳ tại Oak Ridge . Những dây cáp này chuyền điện đi suốt một lớp băng - tape siêu dẫn, dày môt micro mét - một phần ngàn millimét, vấn quanh ống thép không rĩ - stainless steel chứa đầy nitrogen lỏng, làm đường dây lạnh xuống dưới - 321 0 F, . Ở tính trạng siêu dẫn lạnh ngắt này, đường dây không mất một tí năng lượng nào cả ( hiện nay cáp dây đồng mất 5-7 % điện ).
2- Nhét chật cứng thêm dây đồng dưới đất. Nhiệm vụ là thay thế hàng ngàn dặm Anh dây đang chon, bằng những dịch bản cách ly tốt hơn, chuyễn tải thêm được 25 % điện nữa . Còn 5-10 năm nữa mới được phổ biến rộng rải .
Tại các vùng đô thị, nghe quá nhiều đường dây điện là một điều khó chịu và nguy hiểm. Chon nên đa số điện đi ngang các đô thị qua các ống đặt dưới đất. Khi yêu cầu điện đô thị tăng gia, chúng ta có thể xé toạt đường xá để đặt những đường dây mới ( như Việt Nam
3-Những rôbôt bò trong đồng - copper - crawling. Nhiệm vụ là dàn trải một đội rôbôt lanh trí , trốn chạy dọc theo các đường dây điện, nhìn xem những hư hỏng để mắt con người khỏi phải nhìn. Sẽ có những dịch bản thương mãi đầu tiên vào năm 2012 .
Thanh tra qui ước rất chậm và tốn kém, thường đòi hỏi một máy bay trực thăng bay gần đó. EPRI đang cố tâm làm một robot có thể tự động nghiên cứu một đường dây dài 80 dặm Anh ( 13,5 km ) hai lần một năm, với giá rẽ hơn nhiều và thanh tra đáng tin cậy hơn. Rôbôt sẽ ngồi dạng chân trên đường dây, mang theo một máy chụp hình, một laser rà dò khuếch tán và một phần mềm phân tích hình ảnh ngay trên máy: sẽ dùng để xây dựng lịch sữ nhìn thấy của nơi đường dây hư hỏng, cũng như một bản đồ 3-D các cành cây xâm phạm hay những vấn đề tiêm thế khác . Việtt Nam
4- Những đường dây điện dưới đất tự sửa chửa , làm lành lấy mình . Nhiệm vụ là bao phủ các dây cáp tự xoa dịu , sửa chửa lấy. Sẽ bán th+ơng mãi trong vòng 10 -15 năm tới .
Một cách khác bớt đào đường là tránh đào lộ thiên ra những dây cáp khi sửa chửa hư hại nhỏ.Khi có một nấc hay một nứt rạn tơ tóc ở vỏ cách ly dây cáp, điện trường ở dây đặt dưới đất thay đổi một cách tế nhị. Loại cách điện EPRI đang phát triễn là những hạt tửi nan\ô nhạy cảm cho việc thay đổi này nóng lên và làm tan các phân tử polymer bao quanh , hình thành một sẹo tươi bảo vệ . Khi những đường dây già nua ngày nay dần dần hư hỏng đi, ( ở Hoa Kỳ khoảng 1/4 đã quá tuổi thọ của mình), EPRI hy vọng thay chúng với những đường dây tự sủa chửa lấy
‘ . 5- Làm năng lượng như cây cối làm . Nhiêệm vụ là chuyễn hóa ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa hoc. Năm 2009 , các nhà khoa học tìm thấy nhiều nguyên liệu thô có thể giải tỏa tự do oxygen từ nước H2 O .
Các pan nen mặt trời không duy nhất là chiến lược thu hoạch năng lượng dưới mặt trời. Từ nhiều năm qua, các nhà khoa học cũng đã cố tâm làm những gì cây cỏ, thực vật đã làm, nghĩa là dùng ánh sáng mặt trời làm quang tổng hợp - photosynthesize nhiên liệu. Mãi cho đến ngày nay, đa số phương cách dựa trên các vật liệu hiếm có, thiếu thực tiễn như chất hiếm iridium làm vật xúc tác khởi động phản ứng. Nhưng năm 2009 , các nhà khảo cứu tại La Bô Quốc Gia Hoa Kỳ Lawrence Berkeley, hình dung ra cách nào dùng oxide cobalt , một trong những vật xúc tác công nghệ phong phú nhất thế giới . Để vượt qua khiếm khuyết hiệu năng tương đối khi oxide cobalt dùng ánh sáng mặt trời làm nứt rạn các phân tử nước và giải tỏa ra oxygen, các nhà khảo cứu đãt vật xúc tác thành lớp trên một thang leo độn chặc, làm nó trở nên hửu hiệu 1600 lần hơn.Thành quả là dàn trãi những pan nen oxid cobalt có thể cống hiến một nguồn cung cấp kiên định oxygen, proton và electron . Mục tiêu kế tiếp là là tìm cho ra một vật xúc tác thứ hai, cũng hửu hiệu tương tự biến các phó sản thành một nhiên liệu dày đặc năng lượng, tỉ như methanol làm xăng chạy máy vậy đó .
5- Thêm tồn trữ vào mạng lưới. Nhiệm vụ là xây cất nhà máy đầy những trống ( thùng ) tồn trữ điện . Hiện nay đã có một nhà máy 20 000 KW đang xây cất ở thị trấn Stephentown, bang New York
Thật không tin tưởng nổi là mạng lưới điện Hoa Kỳ ngày nay hầu như không có một tí khả năng tồn trữ nào cả ! Điện ra ngoài ổ cắm đã xuất phát ít hơn một milli giây đồng hồ- millisecond, nên các nhà máy điện đã phải luôn luôn tạo ra đủ năng lượng cho những mủi nhọn yêu cầu điện lớn nhất. Hầu sửa soạn cho những biến chuyễn điện đặc hửu của năng lượng tái sinh, chúng ta cần phải kiểm kê điện dư thừa để sử dụng điện vào những lúc trời mây mù, những buổi trưa, chiều tối không gió. Giải pháp của công ty Beacon Power căn cứ tại bang Massachusetts
Phần 4 tiếp theo
Hư hỏng rối bù số 4 : viễn thông
Sinh cường mạng lưới xanh xao thiếu máu tốc độ băng tần rộng - broadband va không dây - wireless, bế tắc ở thế kỷ thư 21. Hoa Kỳ chi đứng hàng thứ 17 trên thế giới về đi vào băng tần rộng , cho nên gói tài chánh khích lệ - stimulus package cấp 7.2 tỉ đô la Mỹ để nâng cấp hạ tầng cơ sở băng tần rộng hoạt động thiếu hiệu năng. Hệ thống dây đồng di sản , không chuyên chở nổi dữ liệu hổ trợ cho dòng HD ( độ rỏ cao ) - viđêô chẳng hạn , và hệ thống kế tiếp- gen phát âm rỏ ràng rất chậm so với Nhật Bổn , vì lý do kích thước gần như thẳng đứng của nước Hoa Kỳ. Nhưng tiên tiến về dây cáp sợi quang và khinh khí cầu băng tần rộng - broad band blimps có thể tăng gia nhiều tốc độ đến gia cư và điện thoại thông minh - smartphones . Nhắc lại điện thioa.i thông minh , tỉ như i-Phone của hảng Apple hay nhiều linh kiện Android phones của Google và mùa thu 2010 sẽ là Windows Phone 7 series của hảng Microsoft sẽ giúp cho những ai xài máy điện thoại thông minh, du hành mau lẹ một loạt chức năng hàng ngày, kể cả gọi điện thoại, chụp hình, nghe âm nhạc, chơi trò chơi - ,games và tạo dựng hồ sơ, bảng tài chánh chia từng côt - spreadsheets của phần mêm Office - Microsoft .
1- Sợi mau lẹ hơn. Nhiệm vụ là là thay thế các đường chính sợi quang quốc tế của Hoa Kỳ bằng dây cáp dày hơn, chuyễn tải dữ liệu 10 lần hơn mỗi giây đồng hồ.
Kỷ thuật mới đã được trình diễn năm 2009. Dây cáp sợi xuyên đại dương dưới biển thế hệ kế tiếp ( không rỏ hệ thống dây cáp dưới biển Việt Nam
2- Sợi mềm dẽo, uyễn chuyễn . Nhiệm vụ là đưa lén lút các sợi quang cao tốc vào hầu hết mọi nhà. Đã bán ra rồi tại Hoa Kỵ
Đặc điểm cáp ClearCurve mềm dẽo, uyễn chuyễn mới của hảng Corning
3- Làm cho mạng lưới ở trên không. Nhiệm vụ là thả nổi khimh khí cầu băng tần rộng trên những vùng gây khó khăn cho đĩa cứng. Năm nay đã cung cấp một chuyến cho một nhà thầu quân sự. Sẽ chở đầy sàn tàu trong 3- 5 năm tới .
Hoa Kỳ sẽ phải đào nhiều sợi và đồng những năm tới để thỏa mãn yêu cầu truyền thông đang nổ bùng ở Hoa Kỳ. Hay Hoa Kỳ chỉ cần thả vài khinh khí cầu . Hảng Sanswire, chế tạo các máy bay không người lái đang hoạt động từ một tàu bay dài 525 bộ Anh ( 157.5 m ) chứa helium và nhiên liệu khí dầu, tên gọi là Stratellite , có thể cung cấp một lớp dày bao phủ từ những độ cao im lặng tầng bình lưu - stratosphere .Mỗi khinh khí cầu bay lượn trên cao 65 000 bộ Anh ( 19500m ) có thể cung cấp điện thoại, ti vi, internet cao tốc tại một vùng kích thước bang Texas, không có thời giờ chậm lại, đã làm phiền nhiễu những truyền thông căn bản vệ tinh. Stratellite có thể làm dây chuyền giỏi - daisy- chain nối kết các thị và nông thôn khắp Hoa Kỳ ; mọi sự khỏi cần dây mới đụng tới đất.. Viện công nghệ vũ trụ Việt Nam, hợp tác với Nhật bổn, chế tạo Rồng Tí hon - Pico Dragon , vệ tinh thuộc tầng quỹ đạo thấp ( LEO ), sẽ phóng lên năm 2011, không rỏ có làm stratellite được không ?
Hư hỏng , rối bù số 5 : Nước thải
Trục xuất những nhà máy làm sạch xài quá lớn năng lượng và các ống thối rữa mục nát . Mỗi năm, dân Hoa Kỳ sản xuất 48 ngàn tỉ lít nước thải ướt át và đốt cháy 64 tỉ kilowatt- giờ điện để làm sạch nước cho đạt các tiêu chuẩn nước uống . Tại sao lại không sử dụng tốt những cái ngữ thối tha này ? Nhờ những kỷ thuật mới mẽ , khôn ngoan, nước thải sẽ được cải tạo cung cấp điện , sản xuất phân bón và có khi làm ra cả nước sạch nữa đó . Nói một cách khác, là mau lẹ hơn chúng ta tưởng, chúng ta sẽ uống nước đái ( tiểu ) của chúng ta đó .
1- Thả rôbôt xuống đường ống thoát. Nhiệm vụ là là dàn ra một hạm đội máy tự trị để chỉ điểm những nơi ống thải thất thoát, rò rĩ. Đến năm 2011, những kiểu mẩu mới sẽ dùng laser đo lường bên trong ống. Rôbôt nước thải mới Solo của hảng RedZonre Robotics, sẽ dùng phần mềm giải thích hình ảnh, do viện đại học Carnegie Mellon phát triễn , để phân tích chạy dao viđêô và đính những vấn đề tiềm thế trong các ống. Thế cho nên chạy 10 giờ có thể thu đặc lại thành hai giờ ,cuộn ra nhân mạnh vào những lằn nứt đang nhỏ giọt và các rễ mọc đầy làm nghẹt ống . Mỗi Solo mang theo một máy chụp hình ở mỗi điểm cuối, rà dò sonar dưới nước và lasers tìm kiếm các thành ống thải đang bị acid làm rĩ mòn.
2- Biến bùn thải thành điện. Nhiệm vụ là giảm xài năng lượng làm sạch nước thải , hiện tiêu thụ 1.5 % tổng số điện Hoa Kỳ. Nay đang thửi nghiệm các lò phản ứng , và các đơn vị thương mãi sẽ bán ra năm 2015.
Giáo sư công nghệ môi sinh đại học Penn Sate University , Bruce Logan, đã họa kiểu một tế bào nhiên liệu vi khuẩn chuyễn biến năng lượng hóa học nước thải trực tiếp thành điện và làm sạch luôn thể nước thải theo tiến trình này. Vi khuẩn nằm trong cực dương - anode làm bằng sợi graphít phá vỡ chất béo , protêin và chất đường trong nước thải, giải tỏa ra một dòng liên tục electron , và các vi khuẩn chuyễn trực tiếp các electron đến cực. Những electron này di chuyễn đến cực âm - cathode , cung cấp điện lực và ở cực âm sản xuất khí hydrogen.
3- Tái sinh nước tiểu ( đái ). Nhiệm vụ là thu hồi phosphorus và nitrogen từ nước thải để làm phân bón hóa học. Nhà máy đầu tiên đã thiết lập ở Hoa Kỳ tháng 6 năm 2009. Một nhà máy thứ hai sẽ khánh thành năm nay 2010.
Chắc bạn chưa hay không biết là nước phế thải của 100 000 người có thể làm ra 200 tấn phân hóa học cao phẩm mỗi năm. Hảng Ostara ở thành phố Vancouver, Canada, hy vọng sẽ dùng sự kiện này, vượt qua trở ngại giảm thiểu nguồn cung cấp đá phosphorus thu hôi được, một trong ba thành phần chính yếu của phân bón cận đại. Hệ thống Tái sinh Pearl Nutrient System của Ostara , sẽ trích phosphates và các chất khoáng khác, tỉ như ammonia ( nước đái quỷ ) từ các nước phế thải đô thị. Rồi khuấy tung các chất dinh dưỡng thành các viên phân bón giải tỏa chậm và an toàn, bán ra dưới tên là Tinh thể Xanh lục - Crystal Green. Thách đố là tách riêng ra nước tiểu, chỉ chiếm 1% thể tích nước thải. Một giải pháp: các nhà xí, phòng vệ sinh- toilets phân chia từ nguôn ( hãy nghĩ đến chậu nhỏ trong chậu lớn ) , đã được thử nghiệm ở Thụy Điển và Đan Mạch.
` ( Irvine
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét