Tinh thể, máy bay phản lực, và nam châm — liệu đây có phải là cách làm mát thân thiện với môi trường?

Trong một thế giới bị thiêu đốt bởi biến đổi khí hậu, công nghệ làm mát không chỉ là một sự xa xỉ. Nó cứu sống, giữ thực phẩm tươi ngon và đảm bảo sự thoải mái tại nhà hoặc văn phòng. Mười máy điều hòa mới sẽ được bán mỗi giây từ bây giờ đến năm 2050, theo Trạng thái Năng lượng Quốc tế.

Nhưng tất cả những máy đó, chạy suốt giờ đồng hồ, tiêu thụ lượng điện lớn. Những thiết bị này cũng thường chứa các loại khí làm lạnh có khả năng gây nhiệt đới toàn cầu nhiều nghìn lần so với CO2. Những khí dần dần rò rỉ, kể cả sau khi máy điều hòa hoặc tủ lạnh cũ bị vứt đi.

Một cách trớ trêu, việc làm mát bản thân để sống sót trước khủng hoảng khí hậu có thể làm tăng vấn đề lên nhiều lần. Đó là lý do tại sao có nhiều startup ở châu Âu, cũng như trên toàn thế giới, đang nghiên cứu các công nghệ mới có thể làm cho quá trình làm mát hiệu quả hơn rất nhiều so với hiện tại. Và họ đang đưa ra một số ý tưởng khá lạ lẫm.

Không có chất lỏng, không rò rỉ

Tại một phòng thí nghiệm ở Cambridge, Xavier Moya, đồng sáng lập của Barocal, có một máy nguyên mẫu áp dụng áp lực lên tinh thể nhựa – lưới tinh tự hữu hữu cơ. Điều này tạo ra một hiệu ứng làm mát mạnh mẽ, giảm nhiệt độ xuống, chẳng hạn như 20˚C hoặc 30˚C.

“Chúng tôi không sử dụng khí, vì vậy nó sẽ không rò rỉ,” Moya nói. Hiện tại, Barocal có sáu nhân viên và đã huy động được £1.5 triệu vốn.

Công nghệ dựa trên sự thực tế rằng phân tử trong chất làm lạnh rắn tự nhiên xoay nhưng khi áp lực được áp dụng, chúng ngừng lại. “Khi bạn giảm áp lực, phân tử muốn quay lại xoay và chúng cần hấp thụ năng lượng – đây là lý do tại sao chúng làm mát,” Moya nói.

Ông thêm rằng quá trình này giống như điều gì xảy ra bên trong màn hình hiển thị tinh thể lỏng. Các màn hình này chứa phân tử có thể thay đổi hướng khi có một trường điện được áp dụng, vì vậy bạn có thể thấy số xuất hiện trên màn hình máy tính của bạn, ví dụ.

Chất làm lạnh rắn của Barocal có thể được sử dụng trong máy điều hòa hoặc tủ lạnh, và cả trên cả một quy mô dân dụ hoặc thương mại, Moya nói. Ông khẳng định hệ thống sẽ rất hiệu quả. Trong các hệ thống làm mát và sưởi, thường có một kilowatt giờ (kWh) điện thường được sử dụng để tạo ra nhiều kilowatt giờ nhiệt độ – được biết đến là hệ số hiệu suất (COP). Máy bơi nhiệt hiện đại, ví dụ, có thể đạt được COP là 3 tại nhà, điều này có nghĩa là 3 kWh nhiệt độ phát sinh từ mỗi kWh điện tiêu thụ.

“Chúng tôi kỳ vọng hiệu suất là gấp đôi hoặc hơn,” Moya nói, tuy nhiên ông thêm rằng công ty của mình vẫn còn nhiều năm mới phát hành sản phẩm thương mại.

Một startup khác nhằm mục tiêu loại bỏ chất làm lạnh là Dynamic Air Cooling, ở Ba Lan. Công ty có 13 nhân viên và đã huy động được €3.5 triệu vốn, trong đó có €2.3 triệu được cấp dưới dạng hỗ trợ.

‘Mini cơn lốc’

Đồng sáng lập và giám đốc điều hành Pavel Panasjuk cho biết đội của ông đã nảy ra ý tưởng gần như ngẫu nhiên khi thử nghiệm với cùng công nghệ được sử dụng trong động cơ máy bay.

“Chúng tôi tạo ra một quy trình rất giống với một cơn lốc nhỏ,” ông nói. Đó là sự xoay và quay của không khí tạo ra hiệu ứng làm mát vì nó chuyển đổi năng lượng nhiệt trong không khí thành năng lượng động học thay vì, ông giải thích. Hệ thống có thể đẩy nhiệt độ xuống ít nhất 45˚C một cách đáng tin cậy và trong các thử nghiệm, điều này đã hoạt động từ điểm khởi đầu dao động từ 0˚C đến khoảng 35˚C, Panasjuk thêm vào.

Một khía cạnh khó khăn là, hiện tại, chưa có phương pháp quyết định nhiệt độ đầu ra cụ thể, vì vậy đội ngũ đang làm việc trên một đơn vị kiểm soát để làm điều đó. “Có một giải pháp,” Panasjuk gợi ý, ông thêm rằng hệ thống này nên đạt được một COP khoảng 4.

Nếu tất cả các thách thức kỹ thuật được giải quyết, ông thêm vào rằng Dynamic Air Cooling hy vọng sẽ có một sản phẩm thương mại sẵn sàng chỉ trong một năm kể từ hôm nay. Công ty đang nhắm vào làm mát công nghiệp để bảo quản và vận chuyển thực phẩm.

Ở Đức, Magnotherm đang quyết tâm làm cho tủ lạnh trở nên xanh hơn nhưng với một loại công nghệ hoàn toàn khác. Timur Sirman, đồng sáng lập và giám đốc điều hành, giải thích rằng thiết bị của startup của ông dựa vào nam châm xoay. Hãy tưởng tượng hai chiếc như bánh mì hamburger, ở phía trên và dưới “bánh mì”, trong trường hợp này là một hợp kim sắt đặc biệt đầy lỗ, qua đó có thể bơm nước. Trường từ nam châm xoay tạo ra tác động làm lạnh hợp kim kim loại, và do đó làm lạnh bất kỳ nước nào chảy qua nó.

Sự tìm kiếm hiệu suất

Công ty này, có 32 nhân viên và đã gọi vốn 6.3 triệu euro đến nay, đã có một sản phẩm thương mại nhỏ - một chiếc tủ lạnh mà họ cho thuê cho tổ chức sự kiện. Tủ lạnh, được đặt tên là Polaris, có thể chứa từ 100 đến 200 đồ uống, theo Sirman, nhưng chỉ có COP là 1, không hiệu quả lắm. Tuy nhiên, điều này có thể được giải quyết bằng cách làm một chiếc tủ lạnh lớn hơn, ông thêm vào.

“Công suất làm lạnh tăng tuyến tính theo lượng vật liệu bạn đặt bên trong”, Sirman nói. Vì vậy, với cùng các động cơ và bơm nước, nhưng nhiều hợp kim sắt đặc có lỗ hơn, đội ngũ hy vọng có thể đạt được sự làm lạnh hơn và COP lên đến 5 vào năm 2024.

Lý thuyết, cùng công nghệ có thể được sử dụng trong một hệ thống điều hòa không khí, mặc dù đó không phải là ưu tiên của Magnotherm hiện nay. Hy vọng là hệ thống của họ sẽ được sử dụng trong các tủ lạnh thương mại, trong một đơn vị modular có thể được lấy ra và đặt vào một tủ lạnh mới mỗi khi khách hàng, ví dụ như một siêu thị, quyết định cập nhật phần cứng của họ.

“Điều tuyệt vời” khi thấy có nhiều đổi mới trong lĩnh vực làm lạnh, Nicole Miranda, một nghiên cứu viên trên Chương trình Tương lai của Trường Oxford Martin, thuộc Đại học Oxford, nhấn mạnh rằng, trong những năm sắp tới, các kỹ thuật làm lạnh không hoạt động - từ vải giữ cơ thể mát đến việc tăng cường bóng mát ở trung tâm thành phố - sẽ quan trọng không kém so với các công nghệ yêu cầu điện để hoạt động.

Tuy nhiên, nhu cầu về điều hòa và tủ lạnh thực sự sẽ rất lớn trên toàn thế giới, cô thêm vào, vì vậy quan trọng là phát triển các hệ thống bền vững ngay bây giờ, những hệ thống không tiêu thụ lượng năng lượng quá mức hoặc được xây dựng từ các vật liệu có dấu chân carbon cao.

Hãy cũng xem xét những ngôi nhà xung quanh châu Âu mà không bao giờ được thiết kế để chống lại nhiệt độ mùa hè cực kỳ cao. Và vẫn chưa rõ liệu các hệ thống năng lượng ở những quốc gia như vậy có thể đối mặt được với sự tăng cường về nhu cầu về công nghệ làm mát trong những năm sắp tới hay không.

“Điều đó chỉ là một giải pháp dễ dàng khi chỉ cần đến cửa hàng và mua một máy điều hòa,” Miranda nói. “Đó là một rủi ro lớn đối với các mạng điện của những địa điểm đó.”