Biến đổi khí hậu, bế tắc giao thông, khủng hoảng đói nghèo: vấn đề đặt ra trong thế kỷ này có lẽ là làm thế nào để bảo đảm sự sống còn của nhân loại. Vấn đề càng lớn bao nhiêu thì các giải pháp càng phải có tầm nhìn lớn bấy nhiêu. Chúng tôi xin giới thiệu mười nhà nghiên cứu đưa ra những ý tưởng công nghệ nổi bật nhằm thay đổi thế giới.

Elon Musk: Tàu bánh sắt siêu âm

Ông là người đã đơn giản hoá việc thanh toán trên Internet bằng PayPal, đưa ô tô điện vào cuộc sống thông qua Tesla Roadster và tư nhân hoá các chuyến bay lên vũ trụ với Space X. Tới đây nhà phát minh, doanh nhân 43 tuổi này còn muốn tặng thế giới một loại phương tiện giao thông hoàn toàn mới lạ có tốc độ gấp hai lần máy bay nhưng giá lại rẻ hơn.

Ông Musk đang phát triển một loại tàu nhanh có tên Hyperloop, có sức mạnh của máy bay Concorde cộng với khẩu pháo. Ở khẩu pháo này, đầu đạn tăng tốc nhờ tác động của từ trường. Theo Musk, Hyperloop sẽ chỉ cần khoảng nửa tiếng đồng hồ để chạy quãng đường 600km từ San Francisco tới Los Angeles.

Hơn thế nữa, tàu có thể sử dụng hoàn toàn năng lượng mặt trời do các tế bào quang điện đặt dọc tuyến đường cung cấp. Chi phí xây dựng tuyến đường này hết khoảng sáu tỷ đôla – chỉ bằng một phần mười chi phí đầu tư xây dựng tuyến đường sắt cao tốc ở California.

Heinrich Bülthoff: Đến văn phòng bằng máy bay không người lái

Ô tô có thể chạy theo ba hướng: đi thẳng, rẽ hay chạy lùi. Khi bị ùn tắc thì ô tô chết dí một chỗ. Trong khi đó còn có một hướng đi nữa dành cho chúng mà không được tận dụng, đó là thăng thiên. Một nhóm các chuyên gia quốc tế đang nghiên cứu về cái hướng đi lên này, dự án này của EU mang tên Mycopter.

Mục tiêu: tạo đường trên không để ô tô bay được điều khiển bằng máy tính có thể đưa thẳng hành khách tới tận nơi làm việc – từ đó giảm tiêu hao năng lượng không cần thiết. Ý tưởng này không hoàn toàn là không tưởng: trong thực tế đã có những “con lai” đầu tiên giữa máy bay và ô tô, thí dụ Model Transition của Terrafugia, một doanh nghiệp khởi nghiệp ở Mỹ. Doanh nghiệp e-Volo ở Karlsruhe, Đức thậm chí đang thử nghiệm một loại trực thăng chạy điện dễ dàng điều khiển.

Dưới sự điều hành của giáo sư Heinrich Bülthoff, thuộc Viện Max-Planck về điều khiển học sinh học ở Tübingen, các nhà nghiên cứu về Mycopter muốn làm rõ, phải làm gì để tiếp tục phát triển các thiết bị bay loại này thành vật thể bay không người lái để vận chuyển hành khách, cũng như chính quyền phải ứng xử như thế nào trước những đổi thay này: trong tương lai, những người tự bay cần có bằng lại loại gì, quản lý giao thông bay cá nhân sẽ diễn ra như thế nào, sự tích hợp của loại hình giao thông này ở các thành phố sẽ ra sao. Các nhà nghiên cứu muốn có những lời đáp cho những câu hỏi trên để việc đi lại bằng vật thể bay cũng đơn giản như đi lại bằng ô tô.

Eduard Heindl: Biến núi thành bình ắc quy

Theo các nhà khoa học, một tảng đá đè lên một cột nước có thể tích một lượng điện lên đến hai Terawatt/giờ năng lượng – tương đương lượng điện mà cả nước Đức tiêu thụ trong khoảng 30 giờ đồng hồ.

Để chuyển đổi hoàn toàn sang năng lượng tái tạo, nước Đức phải dịch chuyển những quả núi, đúng như nghĩa đen của từ đó. Đây là đề nghị của nhà khoa học ĐH Khoa học ứng dụng Furtwangen. Nhà vật lý này có ý định xây một công trình tích năng lượng khổng lồ bằng đá hoa cương, và đây sẽ là công trình nổi bật vì sự đồ sộ tương tự như Ayers Rock ở Australia.

Ông Heidl dự kiến dùng thiết bị khoan đường hầm và máy cưa đá để tách một khối đá hoa cương hình trụ (hoặc hình ống), có chiều cao trên 500 mét và đường kính một kilômét. Những kẽ hở và bề mặt của khối đá này sẽ được trát thật phẳng để bảo đảm độ khít. Lượng điện dư thừa từ các cột điện gió và từ tế bào quang điện bảo đảm cho hoạt động của cỗ máy bơm khổng lồ này, trụ đá nén khối nước khổng lồ ở bên dưới để từ đó đẩy trụ lên hàng trăm mét. Khi lưới điện cần năng lượng – thí dụ khi lặng gió – nước sẽ chảy bên dưới trụ đá hoa cương và làm cho turbine hoạt động.

Chi phí xây dựng cái gọi là kho lưu trữ năng lượng này có thể lên tới cả tỷ Euro và có thể tích được khoảng 2.000 Gigawatt giờ điện – nhiều gấp 40 lần lượng điện lưu trữ của tất cả các nhà máy bơm tích điện hiện nay của nước Đức và bằng lượng điện mà nước Đức tiêu thụ trong một ngày.

Matt Watson: Làm nguội trái đất

Khi con người đã biết nhân bản cừu, đã có thể dời non chuyển núi – vậy thì còn ngại ngần gì mà không tạo ra một hoạt động của núi lửa? Đây chính là điều mà nhà nghiên cứu Matt Watson muốn đạt được với dự án Projekt SPICE của mình nhằm chấm dứt sự nóng lên của trái đất.

Nhà khoa học thuộc Đại học Bristol của Anh muốn làm được cái mà núi lửa Pinatubo (Philippines) đã từng gây ra, vụ núi lửa này bùng nổ vào năm 1991 đã làm cho nhiệt độ trái đất giảm nửa độ C vì tro núi lửa bốc lên tới tầng bình lưu và che ánh nắng mặt trời. Watson cũng muốn thổi lớp tro bụi lên tới tầng bình lưu thông qua một cái ống gắn vào phần cuối một quả cầu hellium khổng lồ lên đến độ cao 20km. Một tầu thuỷ chạy trên biển là cơ sở phục vụ cho toàn bộ quá trình này.

Thử nghiệm lắp đặt đầu tiên ở quy mô nhỏ dự định tiến hành vào năm 2012 nhưng đã phải ngưng lại. Nay Watson có ý định phát triển ý tưởng của mình trước hết ở trong phòng thí nghiệm.

Yasuyuki Fukumuro: Tạo ra điện trên không gian

Vị trí tốt nhất để làm nhà máy điện mặt trời ở đâu? Theo Yasuyuki Fukumuro, phụ trách dự án Space Solar Power Systems thuộc Cơ quan Nghiên cứu Vũ trụ Nhật bản Jaxa, thì vị trí thích hợp nhất để đặt nhà máy điện mặt trời là trên quỹ đạo trái đất. Đây là nơi luôn chói chang ánh sáng mặt trời, không bao giờ có mây che phủ – đó là những đặc điểm nổi bật của vị trí này.

Fukumuro dự định sẽ truyền tải điện thông qua tia vi sóng tới một trạm trên mặt đất. Một nghiên cứu của International Academy of Astronautics cho hay, từ 10 đến 20 năm tới có thể xây dựng nhà máy điện đầu tiên trên quỹ đạo.

Tuy nhiên việc bắn các tế bào quang điện lên vũ trụ bằng tên lửa có hiệu quả hay không, đây còn là chuyện rất xa vời. Một điều chắc chắn phải được giải quyết là làm sao để giảm đáng kể trọng lượng của tế bào quang điện, hay sản xuất chúng thông qua máy in ngay trên vũ trụ.

Claudio Lenoardi: Máy bay gá lắp

Việc gá lắp các khoang máy bay sẽ làm cho hành khách cũng như hành lý, hàng hoá lên máy may nhanh chóng hơn. Đến một ngày nào đó người ta có thể gá lắp các container chứa khí hydro hay các thùng chứa bình ắc quy vào những chiếc máy bay dùng năng lượng điện.

Claudio Leonardi, một nhà nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne đang xúc tiến một đề án mang tên Clip-Air , theo đó hành khách đi máy bay trong tương lai khi xuất phát từ một ga xe lửa có thể lên khoang đa chức năng đi thẳng ra sân bay bằng đường sắt, từ đây lên thẳng máy bay mà không cần hoàn tất các thủ tục để lên máy bay.

Có thể lắp tới ba cabin, mỗi cabin dài 30 mét tại sân bay vào một loại máy bay chuyên dụng. Mỗi cabin có thể chứa tới 150 hành khách, tương đương một máy bay Airbus-A320. Cũng có thể gá lắp các khoang chở hàng hoá, hành lý theo nhu cầu vào chiếc máy bay này.

Ý tưởng này còn tiếp tục được Đại học Glasgow phát triển. Hệ thống Horizon của họ gồm một tàu lượn hoạt động bằng điện, luôn ở gần một đường băng chuyên dụng ở sân bay và chỉ tiếp đất khi ca bin tàu hỏa tới và gá lắp vào, sau đó lại cất cánh bay tiếp. Bên cạnh hành khách trong các ca bin này còn có các bình ắc quy mới nạp điện để máy bay có thể tiếp tục bay. Khi hạ cánh, những ca bin này tách khỏi máy bay và chạy tiếp đến các thành phố khác thông qua truyền động từ tính.

Michael Sterner: Tàu thuỷ trở thành máy phát điện

Hiện đã có một số ý tưởng về việc khai thác năng lượng từ biển cả. Tuy nhiên chưa có phương án nào tiến xa như phương án của Michael Sterner, giáo sư về tích năng lượng và hệ thống năng lượng thuộc ĐH Khoa học ứng dụng Regensburg, Đức. Ông dự định dùng những tàu thuỷ dài khoảng 100 mét điều khiển bằng computer hoạt động trên Bắc Đại tây dương để tạo ra khí hydro.

Ngay khi có gió đẩy tàu chạy, dòng nước sẽ làm cho turbine tích hợp trong con tàu tạo ra điện từ đó thông qua điện phân để sản xuất khí hydro. Sterner cho rằng, trong điều kiện thuận lợi về gió, con tàu có thể tạo ra năng lượng ổn định dưới dạng khí hydro và tích trong những thùng lớn. Sau đó, khí hydro sẽ được bơm sang những thùng lớn trên bờ và nguồn năng lượng này có thể sử dụng thí dụ với ô tô chạy bằng khí hydro.

Cánh buồm là những Flettnerrotor, đây là những turbine gió dạng thẳng đứng. Một con tàu có thể tạo ra hai Megawatt điện. Các bộ phận cấu thành hiện đã có – giờ cần có người đứng ra đóng con tàu năng lượng đầu tiên này.

Edmund Kelly: Nhà máy điện mặt trời bồng bềnh

Thông thường các nhà máy điện mặt trời có năng suất cao hơn khi được mặt trời chiếu sáng nhiều hơn. Vì vậy từ lâu các nhà khoa học đã lên kế hoạch xây dựng các nhà máy điện mặt trời trên sa mạc và thậm chí cả trên không gian. Nhà nghiên cứu Edmund Kelly ở California và doanh nghiệp khởi nghiệp Stratosolar của ông đang tính đến một phương án mới: xây dựng các nhà máy điện mặt trời và neo lơ lửng trên tầng bình lưu.

Những quả bong bóng khổng lồ chứa hàng nghìn tấn khí nhiên liệu mang theo những tế bào quang điện mỏng dính lên bầu trời ở độ cao 20km.

Đây là nơi mặt trời chiếu sáng liên tục suốt cả ngày, không có gió và không khí rất lạnh do đó hiệu suất của điện mặt trời ở đây cao hơn nhiều so với ở trên mặt đất. Dòng điện từ quả bóng quang điện trên không khổng lồ được truyền qua giây cáp xuống trái đất, dây cáp này đồng thời cũng là giây neo bong bóng. Theo tính toán của nhà nghiên cứu Kelly, mặc dù chi phí xây dựng cực kỳ lớn nhưng giá thành điện mặt trời trên tầng bình lưu rẻ hơn gấp ba lần so với giá thành điện mặt trời trên trái đất hiện nay.

Neil Palmer: Tái tạo điện từ những tia chớp

Bầu khí quyển trái đất có điện tích cực lớn. Mỗi ngày trên thế giới có tới ba triệu tia chớp trên bầu trời. Một nhóm nghiên cứu thuộc ĐH Southampton (Anh) do nhà vật lý Neil Palmer đứng đầu cùng với các nhà nghiên cứu của hãng chế tạo điện thoại di động Phần Lan Nokia đã xem xét khả năng tận dụng năng lượng này để vận hành các thiết bị điện trong cuộc sống của chúng ta.

Các nhà khoa học đã tạo được những tia chớp mạnh 200.000 Volt ở trong phòng thí nghiệm, họ dùng một thiết bị thu chuyên dụng để tiếp nhận nguồn năng lượng này và nạp dòng điện vào một Lumia-925-Smartphone, mà không làm tổn hại đến chiếc điện thoại di động. Cũng với cách tương tự, các nhà nghiên cứu khác cũng sử dụng những cột tháp khổng lồ để bắt các tia chớp và từ đó gặt hái điện từ không khí. Vấn đề là ở chỗ: việc này diễn ra như thế nào và liệu có hiệu quả hay không, đây vẫn là những câu hỏi còn để ngỏ.

Louis Michaud: Lấy điện từ những cơn lốc xoáy

Kỹ sư Louis Michaud đang nghiên cứu tại một cơ sở thí nghiệm về nhà máy điện lốc xoáy.

Lốc xoáy là nỗi kinh hoàng với rất nhiều người. Riêng kỹ sư Louis Michaud người Canada lại thấy lốc xoáy cực kỳ hấp dẫn đến mức ông tìm cách tạo ra chúng. Viên kỹ sư này muốn cùng doanh nghiệp khởi nghiệp Avetec của mình xây dựng các nhà máy điện tạo lốc xoáy để làm ra điện. Ông sử dụng nguồn khí thải nóng từ các nhà máy luyện thép hay nhà máy nhiệt điện cho chạy qua những ống khói cao và không khí bốc lên cao theo chiều xoắn ốc.

Không khí bên ngoài lạnh hơn nên phía trên ống khói hình thành một lực hút xoáy, điều này tạo ra một lốc xoáy cao khoảng 40 mét. Nhà nghiên cứu Michaud hy vọng năng lượng hình thành ở đây đủ để vận hành một turbine ở dưới chân tháp và từ đó tạo ra điện.

Bằng cách này có thể dùng khí thải nóng của một nhà máy điện chạy than công suất 500 Megawatt tạo ra lốc xoáy trong tháp thêm một lượng điện lên tới 200 Megawat.

Kỹ sư Michaud đã nhận được một sự hỗ trợ đắc lực của Peter Thiel, nguyên CEO ở PayPal và là nhà đầu tư số một tại Facebook – ông này đóng góp 300.000 đôla để xây dựng một nguyên mẫu.