Vi điện tử mở đường cho mục tiêu trung hòa khí thải carbon

Năng lượng gió là nguồn năng lượng xanh và không gây ô nhiễm

Xét trên khía cạnh khoa học và công nghệ thì con người không thể thiếu năng lượng cho cuộc sống. Hành tinh cung cấp cho chúng ta nhiều năng lượng, trong đó có lượng ánh sáng, nhiệt và cả gió từ mặt trời. Chúng ta không phải lo lắng về việc thiếu năng lượng. Thế nhưng điều quan trọng là chúng ta phải biết cách chuyển đổi năng lượng để sử dụng.

Điện là một trong những dạng năng lượng linh hoạt nhất mà chúng ta có bởi đặc tính dễ dàng chuyển đổi nên được sử dụng ở mọi nơi. Thế nhưng với dạng năng lượng này chúng ta sẽ cần chuyển từ sản xuất điện bằng nhiên liệu hóa thạch gây hại cho khí hậu sang sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió, với chất bán dẫn đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất.

Trong nỗ lực sản xuất và sử dụng năng lượng xanh thì vi điện tử đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa hiệu suất khi không cần chuyển đổi dòng điện một chiều từ pin mặt trời và dòng điện xoay chiều từ năng lượng gió, cùng với khả năng đáp ứng các yêu cầu của lưới điện.

Những chất bán dẫn có khả năng biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều và điều chỉnh tần số của dòng điện xoay chiều, và hơn thế là giảm tình trạng hao hụt do sinh nhiệt trong quá trình sản xuất và sử dụng điện. Ở thời điểm 20 năm trước có lẽ mọi người đã hài lòng nếu một bộ cấp nguồn được vận hành với mức hiệu suất 85%; nhưng ngày nay chúng ta có thể đạt mức hiệu suất lên tới 99% với các vi mạch hiện đại.

Đây là một bước tiến vượt bậc. Các chất bán dẫn chuyển đổi năng lượng trong các hệ thống điện mặt trời và điện gió đã giúp cải thiện hiệu suất tương tự.

Tuy nhiên chúng ta vẫn cần những cải tiến không ngừng bởi nhu cầu về năng lượng của thế giới rất lớn, thậm chí ngày càng lớn hơn. Trong nhiều thập kỷ, lượng tiêu thụ dầu được coi là thước đo tăng trưởng kinh tế. Điều này gây thiệt hại ngày càng nặng nề cho khí hậu.

Chúng ta không thể và cũng không muốn để tình trạng này xảy ra lâu hơn nữa. Điện lấy từ các nguồn năng lượng tái tạo và được sản xuất theo phương pháp đảm bảo trung hòa khí thải nên và phải là giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch.

Thực tế vẫn có một thách thức đặc biệt đang tồn tại là việc chế tạo năng lượng xanh sẽ không chỉ phải thay thế cho các nguồn năng lượng gây hại cho khí hậu, mà còn phải tạo điều kiện cho tăng trưởng liên tục.

Đồng thời, hoạt động này cần phải diễn ra trên quy mô toàn cầu bởi vì con người ở khắp nơi trên thế giới đều cần phải nỗ lực cho một cuộc sống thịnh vượng hơn.

Infineon hướng đến một tương lai khi thế giới cân bằng khí thải CO2

Tại Infineon, chúng tôi tự tin vào việc tạo ra những bước tiến xa hơn từ những việc cụ thể, ví dụ như sáng tạo ra những vật liệu chất bán dẫn mới, tiến bộ lớn và đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp. Silicon carbide và gallium nitride hiện đang được chuyển tiếp từ nghiên cứu sang ứng dụng thực tiễn, tạo ra một bước nhảy vọt đáng kể về hiệu suất lên tới 50%.

Những vật liệu mới này chịu được dòng điện cao hơn chất bán dẫn silicon truyền thống, giảm thất thoát nhiệt và tăng tốc độ chuyển mạch. Nhờ vậy, những chất này có thể được dùng trong nguồn cung cấp điện ngày càng phức tạp hơn của chúng ta.

Chất bán dẫn được sử dụng tại mọi thời điểm trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Các vật liệu mới không chỉ tăng hiệu quả mà còn cho phép chúng ta có những thiết kế mới tại các điểm chuyển mạch của nguồn cung điện.

Với vật liệu mới, chúng ta không còn cần quá nhiều bộ phận thụ động như tụ điện và cuộn dây. Nhờ vậy, chúng ta có thể giảm kích thước của các bộ phận điều khiển, tạo ra những máy phát điện, như máy phát dùng tuabin gió, với thiết kế nhỏ hơn và đơn giản hơn, góp phần tăng hiệu suất và giảm chi phí.

Thiết kế nhỏ hơn cũng có nghĩa là chúng ta có thể dễ dàng đưa khả năng chuyển đổi điện năng hiệu suất cao vào các ứng dụng trong thiết bị di động. Như thế chúng ta được hưởng lợi từ những tiến bộ về khoa học vật liệu và công nghệ bán dẫn, đặc biệt trong lĩnh vực di chuyển bằng động cơ chạy điện.

Infineon sẽ còn những phát kiến và tiến bộ xa hơn nữa bởi mục tiêu nghiên cứu, phát triển và đổi mới không ngừng thúc đẩy chúng tôi hướng đến một tương lai khi thế giới cân bằng khí thải CO2, năng lượng cung cấp cho loài người đầy đủ, thậm chí là nhờ những ứng dụng kỹ thuật cao chúng ta có thể tồn tại và phát triển một cách bền vững, hài hòa với trái đất.

Tác giả: Tiến sĩ Peter Wawer, Công ty Infineon Technologies