Đánh giá tiềm năng điện mặt trời nhờ sử dụng siêu máy tính của IBM

(ICTPress) - Những nỗ lực tìm kiếm các loại vật liệu đa năng, rẻ hơn và có thể tạo ra điện từ năng lượng mặt trời đã đạt được một bước tiến mới khi Trường Đại học Harvard  công bố danh mục 2,3 triệu hợp chất các-bon hữu cơ có khả năng biến ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Dự án mang tên Năng lượng Sạch (Clean Energy Project) của Trường Đại học Harvard đã sàng lọc các phân tử bằng cách sử dụng Mạng lưới cộng đồng thế giới (World Community Grid), một siêu máy tính ảo do IBM quản lý để khai thác sức mạnh điện toán dư thừa do các tình nguyện viên đóng góp. Dự án này đã đem lại đánh giá về hóa học lượng tử toàn diện nhất từng được thực hiện từ trước đến nay.

Giờ đây, các nhà khoa học có thể sử dụng các kết quả nghiên cứu này của Trường Đại học Harvard để tiếp tục  khảo sát những  hợp chất có tiềm năng nhất, từ đó có thể phát triển các vật liệu bán dẫn hữu cơ, các loại vật liệu mới và trên hết là các thiết bị phát điện, ví dụ như pin năng lượng mặt trời.

Khoảng 1.000 cấu trúc phân tử được đánh giá trong nghiên cứu của Trường Đại học Harvard có khả năng chuyển đổi ít nhất 11% lượng quang năng hấp thu được thành điện năng. 35.000 cấu trúc khác có khả năng đạt được hiệu suất chuyển đổi ít nhất là 10% hoặc hơn. Hiện nay, hầu hết các tế bào hữu cơ từng được đánh giá tính đến thời điểm hiện tại đều chỉ có thể chuyển đổi từ 4% đến 5% lượng quang năng hấp thu được trở thành điện năng. Các vật liệu năng lượng mặt trời sử dụng silicon tuy có thể đạt được hiệu suất khoảng 15% nhưng lại có giá thành đắt hơn nhiều.

Các  pin năng lượng mặt trời hữu cơ có nhiều tiềm năng hơn so với các vật liệu truyền thống như silicon. Ví dụ, các loại vật liệu các-bon có thể được sản xuất với giá thành rẻ và số lượng lớn bằng chính công nghệ hiện đang được sử dụng để sản xuất túi ni lông, vì vậy các cộng đồng dân cư xa xôi và nghèo khó cũng có thể được hưởng lợi. Các phiên bản của pin năng lượng mặt trời có thể được bọc, sơn hoặc phun trên mái nhà, cửa sổ và tường nhà, và cũng có thể đủ mỏng và đủ nhẹ để được sử dụng trên các thiết bị cầm tay.

Công bố mới này được Văn phòng Chính sách Khoa học và Công nghệ của Nhà Trắng đánh giá cao. Trước đây, dự án Năng lượng Sạch của Trường Đại học Harvard và Mạng lưới cộng đồng thế giới World Community Grid của IBM đã được đưa vào sáng kiến MGI (Materials Genome Initiative - Sáng kiến Gen Vật liệu) do Tổng thống Obama khởi xướng từ tháng 6 năm 2011 trong khuôn khổ nỗ lực tạo việc làm mới, giải quyết các thách thức xã hội, và nâng cao năng lực cạnh tranh toàn cầu của Mỹ thông qua việc thúc đẩy khoa học vật liệu.

Sáng kiến này đặt ra mục tiêu rút ngắn một nửa thời gian từ khâu khám phá các vật liệu mới đến khâu thương mại hóa các vật liệu này, đồng thời hạ thấp chi phí nhờ khả năng chia sẻ ở mức độ cao hơn những dữ liệu và kết quả phân tích cơ bản về vật liệu thông qua các hoạt động cộng tác như giữa Trường Đại học Harvard và IBM.

Với sự hợp tác của nhiều tổ chức và cá nhân, tính đến thời điểm hiện tại, World Community Grid đã cung cấp cho Dự án Năng lượng Sạch mức năng lực tính toán tương đương với một chiếc máy tính cá nhân thực hiện các tính toán khoa học trong vòng 17.000 năm.

World Community Grid, được IBM xây dựng và quản lý, cung cấp sức mạnh điện toán cho các nhà khoa học bằng cách khai thác tài nguyên điện toán nhàn rỗi trên máy tính của những người tình nguyện đóng góp. Ai cũng có thể tham gia đóng góp tài nguyên điện toán bằng cách tải về một phần mềm chạy trên máy tính Windows, Mac hoặc Linux, và phần mềm đó sẽ hoạt động khi bạn không làm việc hoặc chỉ chạy những ứng dụng điện toán nhẹ, không đòi hỏi nhiều tài nguyên.

Tài nguyên này được đánh giá cao bởi các nhà nghiên cứu không có đủ kinh phí hoặc không có khả năng truy cập các siêu máy tính để tăng tốc độ triển khai các chương trình mô phỏng và thí nghiệm của họ. Môi trường điện toán lưới này đã được sử dụng để hỗ trợ hoạt động nghiên cứu về năng lượng sạch, nước sạch và thực phẩm an toàn cũng như  thuốc điều trị ung thư, AIDS, sốt rét và nhiều căn bệnh khác.

Hơn 2,3 triệu máy tính của hơn 600.000 người và tổ chức tình nguyện từ 80 quốc gia đã đóng góp sức mạnh tính toán cho các dự án trên World Community Grid trong suốt 9 năm qua. Kết quả của những đóng góp đó đã hình thành nên một trong những siêu máy tính ảo nhanh nhất hành tinh, góp phần đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu khoa học hàng trăm năm. Tới năm 2013, đã có ít nhất 22 dự án được triển khai hoạt động hoặc đã được hoàn thành nhờ World Community Grid. Kể từ khi bắt đầu được triển khai, dự án đã cung cấp hoàn toàn miễn phí cho  các nhà nghiên cứu khoa học một công suất tương đương với hơn 750.000 năm tính toán.

World Community Grid hiện có gần 170 thành viên từ Việt Nam kết nối hơn 800 máy tính trên phạm vi cả nước.

QM