Hoàng Khang
Writer
Barocal, một startup từ Đại học Cambridge, đang phát triển một loại vật liệu làm lạnh dạng sáp, có khả năng thay đổi nhiệt độ mạnh mẽ dưới áp suất, hứa hẹn sẽ thay thế các loại khí nhà kính độc hại hiện đang được sử dụng trong máy điều hòa không khí và có tiềm năng tiết kiệm năng lượng vượt trội.
Cuộc cách mạng trong công nghệ làm lạnh
Một phòng thí nghiệm tại Anh, thuộc Barocal - một công ty khởi nghiệp (startup) do Đại học Cambridge thành lập, đang đi tiên phong trong việc phát triển một loại chất làm lạnh ở thể rắn. Phát minh này mang theo hy vọng lớn lao về việc thay thế các loại khí nhà kính, vốn là tác nhân gây ô nhiễm và góp phần vào sự ấm lên toàn cầu, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều hòa không khí. Thông tin này được hãng thông tấn AFP đăng tải vào ngày 12 tháng 5 vừa qua.
Chất làm lạnh mới này có dạng sáp, mềm dẻo và có một đặc tính đáng kinh ngạc: nhiệt độ của nó có thể thay đổi hơn 50 độ C khi chịu tác động của áp suất. Khác biệt cơ bản và quan trọng nhất so với các loại khí làm lạnh đang được sử dụng trong máy điều hòa hiện nay là chất làm lạnh rắn này không bị rò rỉ ra môi trường.
"Nó không góp phần vào sự ấm lên toàn cầu, mà còn có tiềm năng tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể," Giáo sư Xavier Moya, một nhà vật lý vật liệu tại Đại học Cambridge và là nhà sáng lập startup Barocal, giải thích.
Khoa học đằng sau "phép màu" barocaloric
Giáo sư Moya đã dành 15 năm để nghiên cứu các đặc tính của những tinh thể nhựa trong phòng thí nghiệm của mình. Ông đã sử dụng một cỗ máy lớn màu đỏ xám với các xi-lanh ở phía trên để kiểm tra xem nhiệt độ của một chất thay đổi như thế nào dưới tác động của áp suất. Mục tiêu là xác định những chất làm lạnh tốt nhất trong nhóm vật liệu này, vốn là những vật liệu được ngành công nghiệp hóa chất sử dụng và tương đối dễ thu thập.
Dù Giáo sư Moya chưa tiết lộ thành phần chính xác của các tinh thể được lựa chọn, chúng được biết là cấu tạo từ các phân tử có khả năng tự quay quanh trục của chúng. Khi bị nén dưới áp suất cao, chuyển động quay đó của các phân tử sẽ dừng lại, và năng lượng được giải phóng và phân tán dưới dạng nhiệt. Ngược lại, khi áp suất được giải phóng, chất này sẽ hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh và làm mát, tạo ra cái gọi là "hiệu ứng barocaloric".
Giáo sư Cliff Elwell, chuyên gia vật lý xây dựng tại Đại học College London, tin rằng các chất rắn barocaloric có tiềm năng hiệu quả tương đương, thậm chí vượt trội hơn so với các loại khí làm lạnh trong máy điều hòa. Tuy nhiên, ông cũng lưu ý rằng bất kỳ công nghệ mới nào cũng phải đáp ứng những yêu cầu cơ bản về tính thực tiễn như đủ nhỏ gọn và hoạt động đủ yên tĩnh để có thể sử dụng trong các không gian gia đình và trên ô tô.
Từ phòng thí nghiệm đến sản phẩm thương mại
Startup Barocal được thành lập vào năm 2019 với mục tiêu biến những phát hiện nghiên cứu của nhóm Giáo sư Moya thành các sản phẩm thương mại có thể ứng dụng rộng rãi. Nguyên mẫu máy điều hòa đầu tiên sử dụng công nghệ này có kích thước tương đương một chiếc vali lớn và phát ra tiếng ồn khá lớn khi các mạch thủy lực bên trong tăng hoặc giảm áp suất lên bốn xi-lanh chứa đầy tinh thể.
Dù vậy, điều quan trọng là thiết bị này đã hoạt động. Khi nhóm nghiên cứu lắp một chiếc tủ lạnh nhỏ vào hệ thống, các lon nước ngọt đặt bên trong đã được làm lạnh một cách hiệu quả.
Ông Mohsen Elabbadi, một kỹ sư vật liệu tại Barocal, thừa nhận rằng nguyên mẫu hiện tại chưa thực sự được tối ưu hóa về khối lượng, thể tích hay độ ồn. Tuy nhiên, ông tin tưởng rằng sản phẩm hoàn thiện cuối cùng hoàn toàn có thể cạnh tranh được với các máy điều hòa chạy bằng khí truyền thống về mọi mặt.
Tiềm năng to lớn và lộ trình ra thị trường
Hiện có nhiều nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đang tìm hiểu về vật liệu barocaloric, nhưng nhóm của Đại học Cambridge được coi là những người đi tiên phong, theo nhận định của tổ chức Breakthrough Energy tại Mỹ. Tổ chức này ước tính rằng các máy điều hòa sử dụng chất làm mát mới dựa trên hiệu ứng barocaloric có thể giảm lượng khí thải nhà kính tới 75% so với các máy điều hòa truyền thống.
Đây là một con số vô cùng ý nghĩa trong bối cảnh hiện tại có khoảng 2 tỷ máy điều hòa đang được sử dụng trên toàn thế giới, và con số này dự kiến sẽ còn tiếp tục tăng nhanh khi hành tinh ngày càng nóng lên. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), lượng khí thải từ máy điều hòa cũng tăng lên mỗi năm do rò rỉ chất làm lạnh và lượng điện năng tiêu thụ lớn.
Ông Florian Schabus, Giám đốc thương mại của Barocal, bày tỏ hy vọng sẽ có thể tung ra thị trường sản phẩm đầu tiên sử dụng công nghệ này trong vòng ba năm tới. Ban đầu, các sản phẩm này sẽ nhắm đến việc làm mát cho các không gian lớn như trung tâm mua sắm, nhà kho, trường học, và thậm chí là các trung tâm dữ liệu, nơi nhu cầu làm mát là rất lớn. Barocal nhận định rằng, triển vọng về việc cắt giảm đáng kể hóa đơn tiền điện sẽ là yếu tố thuyết phục các doanh nghiệp chấp nhận một chi phí đầu tư ban đầu có thể cao hơn.
Sự ra đời của chất làm lạnh rắn barocaloric hứa hẹn một tương lai xanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn cho ngành công nghiệp làm lạnh, một bước tiến quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.
Cuộc cách mạng trong công nghệ làm lạnh
Một phòng thí nghiệm tại Anh, thuộc Barocal - một công ty khởi nghiệp (startup) do Đại học Cambridge thành lập, đang đi tiên phong trong việc phát triển một loại chất làm lạnh ở thể rắn. Phát minh này mang theo hy vọng lớn lao về việc thay thế các loại khí nhà kính, vốn là tác nhân gây ô nhiễm và góp phần vào sự ấm lên toàn cầu, hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều hòa không khí. Thông tin này được hãng thông tấn AFP đăng tải vào ngày 12 tháng 5 vừa qua.
Chất làm lạnh mới này có dạng sáp, mềm dẻo và có một đặc tính đáng kinh ngạc: nhiệt độ của nó có thể thay đổi hơn 50 độ C khi chịu tác động của áp suất. Khác biệt cơ bản và quan trọng nhất so với các loại khí làm lạnh đang được sử dụng trong máy điều hòa hiện nay là chất làm lạnh rắn này không bị rò rỉ ra môi trường.
"Nó không góp phần vào sự ấm lên toàn cầu, mà còn có tiềm năng tiết kiệm năng lượng hơn đáng kể," Giáo sư Xavier Moya, một nhà vật lý vật liệu tại Đại học Cambridge và là nhà sáng lập startup Barocal, giải thích.
Khoa học đằng sau "phép màu" barocaloric
Giáo sư Moya đã dành 15 năm để nghiên cứu các đặc tính của những tinh thể nhựa trong phòng thí nghiệm của mình. Ông đã sử dụng một cỗ máy lớn màu đỏ xám với các xi-lanh ở phía trên để kiểm tra xem nhiệt độ của một chất thay đổi như thế nào dưới tác động của áp suất. Mục tiêu là xác định những chất làm lạnh tốt nhất trong nhóm vật liệu này, vốn là những vật liệu được ngành công nghiệp hóa chất sử dụng và tương đối dễ thu thập.
Dù Giáo sư Moya chưa tiết lộ thành phần chính xác của các tinh thể được lựa chọn, chúng được biết là cấu tạo từ các phân tử có khả năng tự quay quanh trục của chúng. Khi bị nén dưới áp suất cao, chuyển động quay đó của các phân tử sẽ dừng lại, và năng lượng được giải phóng và phân tán dưới dạng nhiệt. Ngược lại, khi áp suất được giải phóng, chất này sẽ hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh và làm mát, tạo ra cái gọi là "hiệu ứng barocaloric".
Giáo sư Cliff Elwell, chuyên gia vật lý xây dựng tại Đại học College London, tin rằng các chất rắn barocaloric có tiềm năng hiệu quả tương đương, thậm chí vượt trội hơn so với các loại khí làm lạnh trong máy điều hòa. Tuy nhiên, ông cũng lưu ý rằng bất kỳ công nghệ mới nào cũng phải đáp ứng những yêu cầu cơ bản về tính thực tiễn như đủ nhỏ gọn và hoạt động đủ yên tĩnh để có thể sử dụng trong các không gian gia đình và trên ô tô.
Từ phòng thí nghiệm đến sản phẩm thương mại
Startup Barocal được thành lập vào năm 2019 với mục tiêu biến những phát hiện nghiên cứu của nhóm Giáo sư Moya thành các sản phẩm thương mại có thể ứng dụng rộng rãi. Nguyên mẫu máy điều hòa đầu tiên sử dụng công nghệ này có kích thước tương đương một chiếc vali lớn và phát ra tiếng ồn khá lớn khi các mạch thủy lực bên trong tăng hoặc giảm áp suất lên bốn xi-lanh chứa đầy tinh thể.
Dù vậy, điều quan trọng là thiết bị này đã hoạt động. Khi nhóm nghiên cứu lắp một chiếc tủ lạnh nhỏ vào hệ thống, các lon nước ngọt đặt bên trong đã được làm lạnh một cách hiệu quả.
Ông Mohsen Elabbadi, một kỹ sư vật liệu tại Barocal, thừa nhận rằng nguyên mẫu hiện tại chưa thực sự được tối ưu hóa về khối lượng, thể tích hay độ ồn. Tuy nhiên, ông tin tưởng rằng sản phẩm hoàn thiện cuối cùng hoàn toàn có thể cạnh tranh được với các máy điều hòa chạy bằng khí truyền thống về mọi mặt.
Tiềm năng to lớn và lộ trình ra thị trường
Hiện có nhiều nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đang tìm hiểu về vật liệu barocaloric, nhưng nhóm của Đại học Cambridge được coi là những người đi tiên phong, theo nhận định của tổ chức Breakthrough Energy tại Mỹ. Tổ chức này ước tính rằng các máy điều hòa sử dụng chất làm mát mới dựa trên hiệu ứng barocaloric có thể giảm lượng khí thải nhà kính tới 75% so với các máy điều hòa truyền thống.
Đây là một con số vô cùng ý nghĩa trong bối cảnh hiện tại có khoảng 2 tỷ máy điều hòa đang được sử dụng trên toàn thế giới, và con số này dự kiến sẽ còn tiếp tục tăng nhanh khi hành tinh ngày càng nóng lên. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), lượng khí thải từ máy điều hòa cũng tăng lên mỗi năm do rò rỉ chất làm lạnh và lượng điện năng tiêu thụ lớn.
Ông Florian Schabus, Giám đốc thương mại của Barocal, bày tỏ hy vọng sẽ có thể tung ra thị trường sản phẩm đầu tiên sử dụng công nghệ này trong vòng ba năm tới. Ban đầu, các sản phẩm này sẽ nhắm đến việc làm mát cho các không gian lớn như trung tâm mua sắm, nhà kho, trường học, và thậm chí là các trung tâm dữ liệu, nơi nhu cầu làm mát là rất lớn. Barocal nhận định rằng, triển vọng về việc cắt giảm đáng kể hóa đơn tiền điện sẽ là yếu tố thuyết phục các doanh nghiệp chấp nhận một chi phí đầu tư ban đầu có thể cao hơn.
Sự ra đời của chất làm lạnh rắn barocaloric hứa hẹn một tương lai xanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn cho ngành công nghiệp làm lạnh, một bước tiến quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.
