VNR Content
Pearl
Một công ty khởi nghiệp đã sáng tạo ra một phương pháp khoan hoàn toàn mới với khí siêu nóng, có thể xuyên qua cả đá cứng, giúp làm giảm chi phí lắp đặt cơ sở hạ tầng dưới lòng đất. Nghe cứ như chiêu "Hỏa Diệm Đao" trong kiếm hiệp Kim Dung vậy!
Cách đây hơn một thập kỷ, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos đã tiến hành các thí nghiệm nhằm tạo ra một chiếc máy làm tan đá ngầm, thu hút sự chú ý từ một số doanh nghiệp. Tuy nhiên, vẫn chưa có một sản phẩm nào thực sự ra đời.
Cho đến gần đây, Petra - một công ty khởi nghiệp cho biết họ đang phát triển một loại mũi khoan có thể xuyên qua đá mà không cần tiếp xúc trực tiếp với đá. Ban đầu nhóm sáng lập nghĩ rằng plasma sẽ là một cách lý tưởng thực hiện điều này.
Công ty lần đầu tiên thử nghiệm làm tan đá bằng một ngọn đuốc plasma tại một khu công nghiệp ở Oakland, California vào năm 2018. Họ đã thành công với một ngọn đuốc plasma ở nhiệt độ trên 10.000 độ F có thể cắt xuyên qua các phiến đá.
Nhưng cách này gặp phải nhiều vấn đề, bao gồm kích thước của thiết bị, cách cung cấp plasma và việc xử lý các vũng magma được tạo ra bởi quá trình đào. Giám đốc công nghệ của Petra và người đồng sáng lập Tesla, Ian Wright, đã gia nhập công ty khoảng một năm trước và cùng bàn bạc về việc cung cấp năng lượng cho đuốc plasma, nhưng chưa tìm ra cách giải quyết thỏa đáng.
Petra sau đó đã từ bỏ plasma để tạo ra một hỗn hợp khí và nhiệt trên 1.800 độ F, khiến đá vỡ thành những mảnh nhỏ. Petra cho biết, họ muốn làm giảm chi phí cho việc đào xuyên qua đá, khuyến khích việc lắp đặt dây điện và đường ống dưới lòng đất. Mặc dù phần tiếp xúc trực tiếp với đá là các cảm biến, nhưng quá trình đào thực chất được thực hiện bằng nhiệt và khí.
Mũi khoan bằng nhiệt và khí "làm mềm" cả đá
Abrams nói: “Mọi phương pháp có sẵn trên thị trường đều đòi hỏi tiếp xúc cao và gây tổn hại nặng nề đến kết cấu đất đá dưới lòng đất. Đây là một cách hoàn toàn mới."
Có nhiều phương pháp khác nhau để bố trí đường dây điện hoặc dây cáp dưới lòng đất. Ở những nơi đông dân cư, người ta thường sử dụng một lưỡi cưa lớn để cắt qua đường nhựa hoặc bê tông. Ở những nơi ít đông đúc hơn sẽ dùng chất nổ hoặc máy xúc để phá đất đá. Việc khoan có thể được thực hiện bằng đầu khoan truyền thống và hỗn hợp hóa chất hay các máy đào hầm TBM. Tuy nhiên, tất cả đều rất tốn kém.
John Fluharty, chuyên gia về lĩnh vực đào hầm và cung cấp điện cho biết, việc chôn các đường dây điện thường tốn kém gấp 5 lần so với việc giăng dây trên mặt đất; chi phí phá đá cũng tốn kém hơn 20 lần so với việc làm cột điện truyền thống. Bù lại, việc ngầm hóa sẽ giúp chi phí bảo trì dây điện thấp hơn nhiều so với các đường dây lộ thiên.
Việc ngầm hóa lưới điện tuy vất vả và có chi phí cao hơn nhưng lại tiết kiệm được chi phí bảo trì và sửa chữa
Nỗi lo về biến đổi khí hậu đã làm gia tăng nhu cầu ngầm hóa dây điện. Các nhà nghiên cứu của Đại học Princeton kết luận, để Mỹ đạt được mức độ trung hòa carbon vào năm 2050, lưới điện quốc gia sẽ phải mang thêm 60% điện năng, điện từ gió và năng lượng mặt trời cũng phải tăng gấp bốn lần. Những tiến bộ công nghệ cho phép các đường dây tải điện mang nhiều điện hơn sẽ góp phần giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu và thúc đẩy các dự án năng lượng mặt trời và gió.
Trong bối cảnh thời tiết khắc nghiệt đe dọa khả năng tiếp cận điện của mọi người, đặc biệt là ở những nơi dễ xảy ra hỏa hoạn hoặc bão, việc di chuyển ngầm hóa hệ thống điện là rất cần thiết. Các cột điện cao thế đã gây ra nhiều vụ hỏa hoạn trong những năm gần đây, tiêu biểu là vụ hỏa hoạn năm 2018 ở Bắc California khiến 84 người thiệt mạng. Công ty chuyên cung cấp khí đốt và điện Pacific Gas & Electric gián tiếp gây ra vụ hỏa hoạn năm đó, gần đây đã cam kết đặt hơn 16000 km dây điện ngầm ở miền trung và bắc California.
Hiệp hội Công nghệ không rãnh Bắc Mỹ cho biết, Petra đang phát triển phương pháp đào hầm không tiếp xúc đầu tiên để xuyên qua đá cứng.
Ông Bob Goodfellow đã dành 30 năm trong các dự án thiết kế và xây dựng công trình ngầm và hiện đang làm việc trên hệ thống tàu điện ngầm Los Angeles. Công ty Aldea của ông đang hợp tác với Petra để thử nghiệm các hệ thống đầu tiên.
Goodfellow chia sẻ: “Tôi chưa từng thấy công nghệ như vậy trước đây. Người ta đã nói nhiều về những thứ như máy khoan chạy bằng năng lượng hạt nhân, máy đào hầm không tiếp xúc và những thứ tương tự, nhưng tất cả chỉ là lý thuyết. Theo tôi được biết, đây là những người đầu tiên cố gắng thương mại hóa công nghệ này".
Tháng trước, Tổng thống Biden đã ký một dự luật cơ sở hạ tầng trị giá 1,3 nghìn tỷ USD, cam kết phân bổ hơn 60 tỷ USD cho lưới điện để mang năng lượng sạch từ các trang trại năng lượng mặt trời và gió ở các vùng nông thôn vào thành phố.
Matthew Izzard, giám đốc điều hành của Hiệp hội Công nghệ Không rãnh Bắc Mỹ, nơi tập trung vào các dự án cơ sở hạ tầng ngầm ở Canada, Mexico và Mỹ, cho biết: “Tôi khá lạc quan về ngành cơ sở hạ tầng và đặc biệt là công nghệ không rãnh.”
Những tảng đá cứng nhất cần tới áp lực hàng chục nghìn pound để mài mòn và tạo đường dẫn cho một đường ống, nhưng đá có thể hấp thụ chất lỏng hoặc vỡ thành những mảnh nhỏ hơn. Petra đang thử nghiệm phương pháp khoan của mình với đá Sioux Quartzite tại một mỏ đá ở Minnesota. Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ cho biết, loại đá này cứng hơn gần 8 lần so bê tông, cần áp lực 25.000 Ib/in2 để phá vỡ. Theo Petra, mũi khoan của họ đã xuyên qua đá Sioux Quartzite với tốc độ khoảng 12m/h. Sau khi đá bị vỡ, đá vụn sẽ ngay lập tức được máy hút hút sạch.
Đá Sioux Quartzite cứng gấp 8 lần bê tông bị mũi khoan công nghệ mới xuyên qua một cách dễ dàng
Sắp tới, Petra sẽ thử nghiệm phương pháp của mình trên các loại đá như granit, đá dolomit, đá vôi và đá bazan để chứng minh rằng công nghệ này có thể hoạt động ở những nơi như California, Colorado và Dãy núi Appalachian.
Ngoài đuốc plasma và phương pháp nhiệt và khí của Petra, các phương pháp khoan khác cũng đang được phát triển. Các dự án tại Trường Mỏ Colorado và tỉnh Phúc Kiến của Trung Quốc đã sử dụng các tia nước ở phía trước đầu máy cắt để mài mòn đá cứng. Nước giúp giảm bớt áp lực cho máy cắt kim loại và làm mềm mặt đất. Tại các thành phố như Athens và Madrid, Dự án BADGER đang sử dụng robot để đào đường hầm và đường ống in 3D. Các công ty như Silo.ai và Sewerai đang tạo ra phần cứng và phần mềm để giúp kiểm tra đường ống để sửa chữa hoặc bảo trì.
Theo Wired
Nguồn gốc của công nghệ mới
Vào những năm 1970, các nhà nghiên cứu Mỹ đã nghĩ đến việc đào xuyên qua đá bằng một máy đào hầm chạy bằng năng lượng hạt nhân. Cỗ máy này sẽ có khả năng đi xuyên qua Lớp phủ trên của Trái đất như cách một chiếc tàu ngầm di chuyển trong nước, giúp theo dõi an ninh quốc gia và cho phép con người kiểm soát động đất và núi lửa.Cách đây hơn một thập kỷ, các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos đã tiến hành các thí nghiệm nhằm tạo ra một chiếc máy làm tan đá ngầm, thu hút sự chú ý từ một số doanh nghiệp. Tuy nhiên, vẫn chưa có một sản phẩm nào thực sự ra đời.
Cho đến gần đây, Petra - một công ty khởi nghiệp cho biết họ đang phát triển một loại mũi khoan có thể xuyên qua đá mà không cần tiếp xúc trực tiếp với đá. Ban đầu nhóm sáng lập nghĩ rằng plasma sẽ là một cách lý tưởng thực hiện điều này.
Công ty lần đầu tiên thử nghiệm làm tan đá bằng một ngọn đuốc plasma tại một khu công nghiệp ở Oakland, California vào năm 2018. Họ đã thành công với một ngọn đuốc plasma ở nhiệt độ trên 10.000 độ F có thể cắt xuyên qua các phiến đá.
Nhưng cách này gặp phải nhiều vấn đề, bao gồm kích thước của thiết bị, cách cung cấp plasma và việc xử lý các vũng magma được tạo ra bởi quá trình đào. Giám đốc công nghệ của Petra và người đồng sáng lập Tesla, Ian Wright, đã gia nhập công ty khoảng một năm trước và cùng bàn bạc về việc cung cấp năng lượng cho đuốc plasma, nhưng chưa tìm ra cách giải quyết thỏa đáng.
Petra sau đó đã từ bỏ plasma để tạo ra một hỗn hợp khí và nhiệt trên 1.800 độ F, khiến đá vỡ thành những mảnh nhỏ. Petra cho biết, họ muốn làm giảm chi phí cho việc đào xuyên qua đá, khuyến khích việc lắp đặt dây điện và đường ống dưới lòng đất. Mặc dù phần tiếp xúc trực tiếp với đá là các cảm biến, nhưng quá trình đào thực chất được thực hiện bằng nhiệt và khí.
Ưu nhược điểm của việc ngầm hóa lưới điện
Theo một nghiên cứu được công bố vào tháng trước, các vấn đề liên quan đến lắp đặt dây điện ngầm đã tiêu tốn 61 tỷ USD mỗi năm chỉ riêng ở Mỹ và gây ra những rủi ro đối với an toàn công cộng. Kim Abrams - Giám đốc điều hành Petra cho biết, công ty hy vọng sẽ giảm từ 50 đến 80% chi phí chôn lấp các đường dây tiện ích, giúp chúng được sử dụng rộng rãi hơn.Abrams nói: “Mọi phương pháp có sẵn trên thị trường đều đòi hỏi tiếp xúc cao và gây tổn hại nặng nề đến kết cấu đất đá dưới lòng đất. Đây là một cách hoàn toàn mới."
Có nhiều phương pháp khác nhau để bố trí đường dây điện hoặc dây cáp dưới lòng đất. Ở những nơi đông dân cư, người ta thường sử dụng một lưỡi cưa lớn để cắt qua đường nhựa hoặc bê tông. Ở những nơi ít đông đúc hơn sẽ dùng chất nổ hoặc máy xúc để phá đất đá. Việc khoan có thể được thực hiện bằng đầu khoan truyền thống và hỗn hợp hóa chất hay các máy đào hầm TBM. Tuy nhiên, tất cả đều rất tốn kém.
John Fluharty, chuyên gia về lĩnh vực đào hầm và cung cấp điện cho biết, việc chôn các đường dây điện thường tốn kém gấp 5 lần so với việc giăng dây trên mặt đất; chi phí phá đá cũng tốn kém hơn 20 lần so với việc làm cột điện truyền thống. Bù lại, việc ngầm hóa sẽ giúp chi phí bảo trì dây điện thấp hơn nhiều so với các đường dây lộ thiên.
Nỗi lo về biến đổi khí hậu đã làm gia tăng nhu cầu ngầm hóa dây điện. Các nhà nghiên cứu của Đại học Princeton kết luận, để Mỹ đạt được mức độ trung hòa carbon vào năm 2050, lưới điện quốc gia sẽ phải mang thêm 60% điện năng, điện từ gió và năng lượng mặt trời cũng phải tăng gấp bốn lần. Những tiến bộ công nghệ cho phép các đường dây tải điện mang nhiều điện hơn sẽ góp phần giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu và thúc đẩy các dự án năng lượng mặt trời và gió.
Trong bối cảnh thời tiết khắc nghiệt đe dọa khả năng tiếp cận điện của mọi người, đặc biệt là ở những nơi dễ xảy ra hỏa hoạn hoặc bão, việc di chuyển ngầm hóa hệ thống điện là rất cần thiết. Các cột điện cao thế đã gây ra nhiều vụ hỏa hoạn trong những năm gần đây, tiêu biểu là vụ hỏa hoạn năm 2018 ở Bắc California khiến 84 người thiệt mạng. Công ty chuyên cung cấp khí đốt và điện Pacific Gas & Electric gián tiếp gây ra vụ hỏa hoạn năm đó, gần đây đã cam kết đặt hơn 16000 km dây điện ngầm ở miền trung và bắc California.
Công nghệ mới được hoan nghênh
Còn quá sớm để nói liệu công nghệ của Petra có góp phần chống biến đổi khí hậu hay tạo ra một lưới điện linh hoạt hơn hay không, nhưng sự gia tăng về nhu cầu đổi mới các máy đào hầm và máy khoan là điều không thể bàn cãi.Hiệp hội Công nghệ không rãnh Bắc Mỹ cho biết, Petra đang phát triển phương pháp đào hầm không tiếp xúc đầu tiên để xuyên qua đá cứng.
Ông Bob Goodfellow đã dành 30 năm trong các dự án thiết kế và xây dựng công trình ngầm và hiện đang làm việc trên hệ thống tàu điện ngầm Los Angeles. Công ty Aldea của ông đang hợp tác với Petra để thử nghiệm các hệ thống đầu tiên.
Goodfellow chia sẻ: “Tôi chưa từng thấy công nghệ như vậy trước đây. Người ta đã nói nhiều về những thứ như máy khoan chạy bằng năng lượng hạt nhân, máy đào hầm không tiếp xúc và những thứ tương tự, nhưng tất cả chỉ là lý thuyết. Theo tôi được biết, đây là những người đầu tiên cố gắng thương mại hóa công nghệ này".
Tháng trước, Tổng thống Biden đã ký một dự luật cơ sở hạ tầng trị giá 1,3 nghìn tỷ USD, cam kết phân bổ hơn 60 tỷ USD cho lưới điện để mang năng lượng sạch từ các trang trại năng lượng mặt trời và gió ở các vùng nông thôn vào thành phố.
Matthew Izzard, giám đốc điều hành của Hiệp hội Công nghệ Không rãnh Bắc Mỹ, nơi tập trung vào các dự án cơ sở hạ tầng ngầm ở Canada, Mexico và Mỹ, cho biết: “Tôi khá lạc quan về ngành cơ sở hạ tầng và đặc biệt là công nghệ không rãnh.”
Hy vọng sớm triển khai diện rộng
Kiểu đào hầm không rãnh mà Petra hướng tới là khoan các lỗ bên dưới bề mặt bằng máy khoan điều khiển từ xa. Những chuyên gia về đào hầm mong rằng kế hoạch của chính phủ liên bang sẽ hỗ trợ hàng chục tỷ đô la vào việc chôn dây điện ở những nơi như California.Những tảng đá cứng nhất cần tới áp lực hàng chục nghìn pound để mài mòn và tạo đường dẫn cho một đường ống, nhưng đá có thể hấp thụ chất lỏng hoặc vỡ thành những mảnh nhỏ hơn. Petra đang thử nghiệm phương pháp khoan của mình với đá Sioux Quartzite tại một mỏ đá ở Minnesota. Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ cho biết, loại đá này cứng hơn gần 8 lần so bê tông, cần áp lực 25.000 Ib/in2 để phá vỡ. Theo Petra, mũi khoan của họ đã xuyên qua đá Sioux Quartzite với tốc độ khoảng 12m/h. Sau khi đá bị vỡ, đá vụn sẽ ngay lập tức được máy hút hút sạch.
Sắp tới, Petra sẽ thử nghiệm phương pháp của mình trên các loại đá như granit, đá dolomit, đá vôi và đá bazan để chứng minh rằng công nghệ này có thể hoạt động ở những nơi như California, Colorado và Dãy núi Appalachian.
Ngoài đuốc plasma và phương pháp nhiệt và khí của Petra, các phương pháp khoan khác cũng đang được phát triển. Các dự án tại Trường Mỏ Colorado và tỉnh Phúc Kiến của Trung Quốc đã sử dụng các tia nước ở phía trước đầu máy cắt để mài mòn đá cứng. Nước giúp giảm bớt áp lực cho máy cắt kim loại và làm mềm mặt đất. Tại các thành phố như Athens và Madrid, Dự án BADGER đang sử dụng robot để đào đường hầm và đường ống in 3D. Các công ty như Silo.ai và Sewerai đang tạo ra phần cứng và phần mềm để giúp kiểm tra đường ống để sửa chữa hoặc bảo trì.
Theo Wired
