Minh Nguyệt
Intern Writer
Trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang đẩy nhiệt độ toàn cầu lên cao từng ngày, nhu cầu sử dụng máy điều hòa không khí của chúng ta cũng tăng vọt một cách chóng mặt. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) thậm chí còn ước tính rằng, đến năm 2050, nhu cầu năng lượng cho việc làm mát không gian có thể tăng gấp hơn ba lần, chủ yếu là do máy điều hòa ngày càng phổ biến. Thế nhưng, có một sự thật ít ai ngờ tới: chính những hệ thống làm mát này lại đang góp phần không nhỏ vào vấn đề khí hậu toàn cầu đấy!
Hầu hết các công nghệ làm mát mà chúng ta đang sử dụng hiện nay đều dựa vào công nghệ nén hơi, với việc tuần hoàn các chất làm lạnh hóa học qua một máy nén. Berardo Matalucci, đồng sáng lập kiêm CEO của MIMiC Systems – một công ty ở Brooklyn đang phát triển công nghệ làm mát thay thế cho các khách sạn, văn phòng và nhà ở – chia sẻ rằng ngành công nghiệp làm mát từ trước đến nay khá "ngại" thay đổi. Ông nói vui rằng, gần như mọi chiếc máy điều hòa chúng ta dùng đều dựa trên những cải tiến từ thế kỷ 19. Jarad Mason, một phó giáo sư hóa học và sinh học hóa học tại Đại học Harvard, người chuyên nghiên cứu về chất làm lạnh rắn cho hệ thống làm mát, cũng giải thích thêm rằng hầu hết máy điều hòa, tủ lạnh và bơm nhiệt mà chúng ta dùng đều có hệ thống nén hơi sử dụng chất làm lạnh gốc fluorocarbon.
Những chất làm lạnh này, còn được gọi là hydrofluorocarbon, là những loại khí nhà kính cực kỳ mạnh, có khả năng gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn carbon dioxide gấp nhiều lần. Khí nhà kính làm Trái Đất nóng lên bằng cách giữ lại nhiệt đáng lẽ phải thoát ra ngoài không gian. Vì vậy, ngay cả những rò rỉ nhỏ chất làm lạnh từ máy điều hòa cũng có thể gây ra tác động khí hậu lớn hơn chúng ta tưởng rất nhiều. Mặc dù các hệ thống làm mát này được thiết kế theo dạng vòng kín, nhưng việc rò rỉ chất làm lạnh vẫn diễn ra khá phổ biến. Mason cho rằng, việc tạo ra các hệ thống hoàn toàn không rò rỉ ở quy mô lớn mà vẫn giữ được giá thành phải chăng để thương mại hóa là điều không thực tế.
Theo Mason, các loại khí làm lạnh, bao gồm cả khí fluorocarbon dùng trong tủ lạnh và bơm nhiệt, đóng góp khoảng 2% đến 3% tổng lượng khí thải nhà kính toàn cầu. Con số này gần bằng tác động khí hậu của toàn bộ ngành hàng không đấy các bạn ạ! Matalucci còn bổ sung thêm rằng, khi chất làm lạnh thoát ra khí quyển, nó cũng làm giảm hiệu suất của thiết bị, khiến chúng tiêu thụ ngày càng nhiều điện hơn. Sự kém hiệu quả này thực sự đáng lo ngại, bởi theo IEA, làm mát đang là nguồn tiêu thụ năng lượng tăng nhanh nhất trong lĩnh vực xây dựng, chiếm tới 10% tổng nhu cầu điện toàn cầu. Mason cũng cho biết, chất làm lạnh đang dần bị cấm trên khắp thế giới, nhưng tiến độ ở Mỹ thì chậm hơn. Châu Âu đã chuyển nhiều hệ thống làm mát sang dùng propan, một chất có tiềm năng nóng lên toàn cầu thấp hơn nhiều, nhưng nó lại rất dễ cháy và tiềm ẩn các vấn đề an toàn.
Đứng trước những thách thức đó, một tin vui là trong vài năm gần đây, đã có một làn sóng mạnh mẽ tìm kiếm các giải pháp thay thế cho hệ thống nén hơi truyền thống. Những giải pháp này thuộc một danh mục rộng hơn gọi là làm mát thể rắn hoặc công nghệ làm mát thay thế, tức là các hệ thống hoàn toàn không sử dụng chất làm lạnh. Thay vì làm bay hơi và ngưng tụ khí làm lạnh, các hệ thống thể rắn sử dụng những thay đổi nội tại bên trong vật liệu rắn để di chuyển nhiệt. MIMiC Systems đang tập trung vào làm mát nhiệt điện, một công nghệ di chuyển nhiệt bằng cách sử dụng các electron trong vật liệu rắn như bismuth, tellurium và antimon. Công ty cũng đang thử nghiệm các hợp chất thay thế, bao gồm bạc và selen, để giảm chi phí mà vẫn tăng cường hiệu suất.
Matalucci khẳng định rằng với công nghệ này, chúng ta sẽ không còn phải lo lắng về các chất làm lạnh dễ bay hơi có thể thoát vào khí quyển nữa. Hơn nữa, hệ thống này hoàn toàn không có bộ phận chuyển động nào cả. Không có bộ phận chuyển động đồng nghĩa với việc ít phải thay thế linh kiện hơn theo thời gian, ít chất thải vật liệu hơn và chi phí vận hành cũng thấp hơn.
Thị trường làm mát thể rắn được dự báo sẽ tăng trưởng nhanh chóng. Thị trường điều hòa không khí toàn cầu hiện được định giá khoảng 160 tỷ USD (tương đương khoảng 4.064.000 tỷ VNĐ) và dự kiến sẽ đạt 308 tỷ USD (tương đương khoảng 7.823.200 tỷ VNĐ) vào năm 2035. Ngược lại, thị trường làm mát thể rắn được định giá dưới 1 tỷ USD (tương đương khoảng 25.400 tỷ VNĐ) vào năm 2024 nhưng dự kiến sẽ tăng lên 4,55 tỷ USD (tương đương khoảng 115.570 tỷ VNĐ) vào năm 2032. Dù còn nhỏ bé, nhưng tiềm năng tăng trưởng của nó là rất lớn.
Theo Mason, các hệ thống làm mát thể rắn đã được phát triển từ giữa thế kỷ 20 nhưng trong lịch sử chỉ giới hạn ở các ứng dụng chuyên biệt như tủ lạnh di động, tàu vũ trụ và tàu ngầm, nơi độ tin cậy và an toàn là ưu tiên hàng đầu. Ông cho rằng, sẽ rất khó để tìm thấy một thiết bị thể rắn nào đang được sử dụng rộng rãi cho điều hòa không khí. Không chỉ đắt hơn, một trong những thách thức lớn nhất là đạt được hiệu suất năng lượng, hay hệ số hiệu suất (COP), tương đương với các hệ thống hiện có.
Dữ liệu từ Viện Rocky Mountain, một tổ chức phi lợi nhuận chuyên về hệ thống năng lượng toàn cầu, cho thấy máy điều hòa không khí thông thường thường hoạt động với hệ số hiệu suất (COP) trung bình từ 2 đến 4, với các hệ thống hiệu quả nhất đạt khoảng 5 hoặc 6 trong điều kiện tối ưu. Ngược lại, các thiết bị làm mát thể rắn đã thể hiện một dải COP rộng, từ dưới 1 đến hơn 10. Cả Matalucci và Mason đều đồng ý rằng hầu hết các hệ thống thể rắn vẫn chưa đạt được hiệu quả như máy điều hòa không khí thông thường. Tuy nhiên, Matalucci tự tin rằng MIMiC đang tăng cường hiệu quả của công nghệ thể rắn truyền thống. Công ty đang hướng tới hiệu suất tương đương với máy điều hòa thông thường, và trong tương lai gần, họ tin tưởng có thể vượt qua những hiệu suất đó khi vật liệu thể rắn được cải tiến.
Matalucci cũng cho biết, các vật liệu và phương pháp sản xuất mà MIMiC đang phát triển sẽ giảm đáng kể chi phí và lượng khí thải nhà kính của công nghệ làm mát, bằng cách giảm cả lượng điện cần thiết để vận hành hệ thống và lượng khí thải liên quan đến quá trình sản xuất. Công ty ước tính rằng, nếu một hộ gia đình chuyển từ điều hòa truyền thống sang các mô-đun của MIMiC, lượng khí thải có thể giảm từ 3% đến 20% trong vòng 15 năm.
Hiện tại, đã có một vài công ty đưa sản phẩm thể rắn ra thị trường. Phononic, một công ty ở Bắc Carolina, tập trung vào các giải pháp làm mát thể rắn cho trung tâm dữ liệu. Magnotherm, có trụ sở tại Đức, phát triển công nghệ làm mát thể rắn di chuyển nhiệt bằng cách sử dụng từ trường cho các giải pháp trong không gian bán lẻ thực phẩm.
Matalucci tin rằng điểm khác biệt chính giúp MIMiC nổi bật trên thị trường làm mát thể rắn là tính mô-đun của công nghệ. Điều này cho phép tùy chỉnh trong các không gian nhỏ hơn. Thay vì sao chép các máy điều hòa trung tâm lớn thường được sử dụng cho các tòa nhà chung cư và văn phòng hiện nay, công ty đã phát triển các đơn vị mô-đun quy mô phòng, có thể kết hợp với nhau khi cần cho từng căn hộ, phòng hoặc văn phòng riêng lẻ. Các đơn vị này có thể được kết nối thành cái mà công ty mô tả là mạng lưới năng lượng nhiệt, một cách tiếp cận giống với bộ tản nhiệt truyền thống, cuộn dây quạt hoặc các đơn vị đầu cuối đóng gói hơn là hệ thống điều hòa trung tâm hiện đại. Matalucci giải thích rằng các mạng lưới này di chuyển nhiệt khi và nơi cần thiết, cho phép công ty nhắm mục tiêu vào các tòa nhà cao tầng làm ứng dụng đầu tiên. Ông ví von rằng, càng cần nhiều công suất, chúng ta càng có thể ghép nối nhiều yếu tố lại với nhau, giống như những khối Lego vậy.
Thiết kế này đã vượt ra ngoài giai đoạn nguyên mẫu. Vào tháng 8 năm 2025, MIMiC đã lắp đặt hệ thống kiểm soát khí hậu thể rắn thí điểm đầu tiên của mình trong căn hộ của một người sống chung với chấn thương tủy sống ở Vancouver, Canada.
Hiện tại, với sản xuất ở quy mô nhỏ, Matalucci cho biết các đơn vị như ở Vancouver có giá cao gấp đôi so với hệ thống máy nén thông thường. Mặc dù mức giá này vẫn nằm trong phân khúc sản phẩm cao cấp, nhưng công ty hiểu rằng họ phải giảm chi phí để sản phẩm dễ tiếp cận hơn cho việc áp dụng đại trà. Đó là lý do tại sao MIMiC đang đầu tư mạnh vào nghiên cứu và phát triển để giảm chi phí vật liệu và sản xuất.
Hệ thống thể rắn không yêu cầu nạp chất làm lạnh, không có máy nén và ít bộ phận cơ khí hơn nhiều, giúp giảm thiểu khả năng hỏng hóc theo thời gian. Matalucci ước tính điều này có thể giúp giảm 10% đến 15% chi phí sở hữu cho các hộ gia đình, đồng thời loại bỏ hoàn toàn lượng khí thải liên quan đến chất làm lạnh. MIMiC đang nỗ lực để đưa các sản phẩm của mình ra thị trường thương mại và đang thảo luận về các đơn đặt hàng trước với những người tiên phong. Mục tiêu của công ty là có đợt sản xuất đầu tiên vào đầu năm tới, hoặc thậm chí sớm hơn nữa.
Thật đáng mong chờ phải không các bạn? Hy vọng rằng những công nghệ làm mát "xanh" như thế này sẽ sớm trở nên phổ biến, giúp chúng ta vừa tận hưởng không khí mát mẻ, vừa chung tay bảo vệ hành tinh của mình! (Nguồn: CNN)
Hầu hết các công nghệ làm mát mà chúng ta đang sử dụng hiện nay đều dựa vào công nghệ nén hơi, với việc tuần hoàn các chất làm lạnh hóa học qua một máy nén. Berardo Matalucci, đồng sáng lập kiêm CEO của MIMiC Systems – một công ty ở Brooklyn đang phát triển công nghệ làm mát thay thế cho các khách sạn, văn phòng và nhà ở – chia sẻ rằng ngành công nghiệp làm mát từ trước đến nay khá "ngại" thay đổi. Ông nói vui rằng, gần như mọi chiếc máy điều hòa chúng ta dùng đều dựa trên những cải tiến từ thế kỷ 19. Jarad Mason, một phó giáo sư hóa học và sinh học hóa học tại Đại học Harvard, người chuyên nghiên cứu về chất làm lạnh rắn cho hệ thống làm mát, cũng giải thích thêm rằng hầu hết máy điều hòa, tủ lạnh và bơm nhiệt mà chúng ta dùng đều có hệ thống nén hơi sử dụng chất làm lạnh gốc fluorocarbon.
Những chất làm lạnh này, còn được gọi là hydrofluorocarbon, là những loại khí nhà kính cực kỳ mạnh, có khả năng gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn carbon dioxide gấp nhiều lần. Khí nhà kính làm Trái Đất nóng lên bằng cách giữ lại nhiệt đáng lẽ phải thoát ra ngoài không gian. Vì vậy, ngay cả những rò rỉ nhỏ chất làm lạnh từ máy điều hòa cũng có thể gây ra tác động khí hậu lớn hơn chúng ta tưởng rất nhiều. Mặc dù các hệ thống làm mát này được thiết kế theo dạng vòng kín, nhưng việc rò rỉ chất làm lạnh vẫn diễn ra khá phổ biến. Mason cho rằng, việc tạo ra các hệ thống hoàn toàn không rò rỉ ở quy mô lớn mà vẫn giữ được giá thành phải chăng để thương mại hóa là điều không thực tế.
Theo Mason, các loại khí làm lạnh, bao gồm cả khí fluorocarbon dùng trong tủ lạnh và bơm nhiệt, đóng góp khoảng 2% đến 3% tổng lượng khí thải nhà kính toàn cầu. Con số này gần bằng tác động khí hậu của toàn bộ ngành hàng không đấy các bạn ạ! Matalucci còn bổ sung thêm rằng, khi chất làm lạnh thoát ra khí quyển, nó cũng làm giảm hiệu suất của thiết bị, khiến chúng tiêu thụ ngày càng nhiều điện hơn. Sự kém hiệu quả này thực sự đáng lo ngại, bởi theo IEA, làm mát đang là nguồn tiêu thụ năng lượng tăng nhanh nhất trong lĩnh vực xây dựng, chiếm tới 10% tổng nhu cầu điện toàn cầu. Mason cũng cho biết, chất làm lạnh đang dần bị cấm trên khắp thế giới, nhưng tiến độ ở Mỹ thì chậm hơn. Châu Âu đã chuyển nhiều hệ thống làm mát sang dùng propan, một chất có tiềm năng nóng lên toàn cầu thấp hơn nhiều, nhưng nó lại rất dễ cháy và tiềm ẩn các vấn đề an toàn.
Đứng trước những thách thức đó, một tin vui là trong vài năm gần đây, đã có một làn sóng mạnh mẽ tìm kiếm các giải pháp thay thế cho hệ thống nén hơi truyền thống. Những giải pháp này thuộc một danh mục rộng hơn gọi là làm mát thể rắn hoặc công nghệ làm mát thay thế, tức là các hệ thống hoàn toàn không sử dụng chất làm lạnh. Thay vì làm bay hơi và ngưng tụ khí làm lạnh, các hệ thống thể rắn sử dụng những thay đổi nội tại bên trong vật liệu rắn để di chuyển nhiệt. MIMiC Systems đang tập trung vào làm mát nhiệt điện, một công nghệ di chuyển nhiệt bằng cách sử dụng các electron trong vật liệu rắn như bismuth, tellurium và antimon. Công ty cũng đang thử nghiệm các hợp chất thay thế, bao gồm bạc và selen, để giảm chi phí mà vẫn tăng cường hiệu suất.
Matalucci khẳng định rằng với công nghệ này, chúng ta sẽ không còn phải lo lắng về các chất làm lạnh dễ bay hơi có thể thoát vào khí quyển nữa. Hơn nữa, hệ thống này hoàn toàn không có bộ phận chuyển động nào cả. Không có bộ phận chuyển động đồng nghĩa với việc ít phải thay thế linh kiện hơn theo thời gian, ít chất thải vật liệu hơn và chi phí vận hành cũng thấp hơn.
Thị trường làm mát thể rắn được dự báo sẽ tăng trưởng nhanh chóng. Thị trường điều hòa không khí toàn cầu hiện được định giá khoảng 160 tỷ USD (tương đương khoảng 4.064.000 tỷ VNĐ) và dự kiến sẽ đạt 308 tỷ USD (tương đương khoảng 7.823.200 tỷ VNĐ) vào năm 2035. Ngược lại, thị trường làm mát thể rắn được định giá dưới 1 tỷ USD (tương đương khoảng 25.400 tỷ VNĐ) vào năm 2024 nhưng dự kiến sẽ tăng lên 4,55 tỷ USD (tương đương khoảng 115.570 tỷ VNĐ) vào năm 2032. Dù còn nhỏ bé, nhưng tiềm năng tăng trưởng của nó là rất lớn.
Theo Mason, các hệ thống làm mát thể rắn đã được phát triển từ giữa thế kỷ 20 nhưng trong lịch sử chỉ giới hạn ở các ứng dụng chuyên biệt như tủ lạnh di động, tàu vũ trụ và tàu ngầm, nơi độ tin cậy và an toàn là ưu tiên hàng đầu. Ông cho rằng, sẽ rất khó để tìm thấy một thiết bị thể rắn nào đang được sử dụng rộng rãi cho điều hòa không khí. Không chỉ đắt hơn, một trong những thách thức lớn nhất là đạt được hiệu suất năng lượng, hay hệ số hiệu suất (COP), tương đương với các hệ thống hiện có.
Dữ liệu từ Viện Rocky Mountain, một tổ chức phi lợi nhuận chuyên về hệ thống năng lượng toàn cầu, cho thấy máy điều hòa không khí thông thường thường hoạt động với hệ số hiệu suất (COP) trung bình từ 2 đến 4, với các hệ thống hiệu quả nhất đạt khoảng 5 hoặc 6 trong điều kiện tối ưu. Ngược lại, các thiết bị làm mát thể rắn đã thể hiện một dải COP rộng, từ dưới 1 đến hơn 10. Cả Matalucci và Mason đều đồng ý rằng hầu hết các hệ thống thể rắn vẫn chưa đạt được hiệu quả như máy điều hòa không khí thông thường. Tuy nhiên, Matalucci tự tin rằng MIMiC đang tăng cường hiệu quả của công nghệ thể rắn truyền thống. Công ty đang hướng tới hiệu suất tương đương với máy điều hòa thông thường, và trong tương lai gần, họ tin tưởng có thể vượt qua những hiệu suất đó khi vật liệu thể rắn được cải tiến.
Matalucci cũng cho biết, các vật liệu và phương pháp sản xuất mà MIMiC đang phát triển sẽ giảm đáng kể chi phí và lượng khí thải nhà kính của công nghệ làm mát, bằng cách giảm cả lượng điện cần thiết để vận hành hệ thống và lượng khí thải liên quan đến quá trình sản xuất. Công ty ước tính rằng, nếu một hộ gia đình chuyển từ điều hòa truyền thống sang các mô-đun của MIMiC, lượng khí thải có thể giảm từ 3% đến 20% trong vòng 15 năm.
Hiện tại, đã có một vài công ty đưa sản phẩm thể rắn ra thị trường. Phononic, một công ty ở Bắc Carolina, tập trung vào các giải pháp làm mát thể rắn cho trung tâm dữ liệu. Magnotherm, có trụ sở tại Đức, phát triển công nghệ làm mát thể rắn di chuyển nhiệt bằng cách sử dụng từ trường cho các giải pháp trong không gian bán lẻ thực phẩm.
Matalucci tin rằng điểm khác biệt chính giúp MIMiC nổi bật trên thị trường làm mát thể rắn là tính mô-đun của công nghệ. Điều này cho phép tùy chỉnh trong các không gian nhỏ hơn. Thay vì sao chép các máy điều hòa trung tâm lớn thường được sử dụng cho các tòa nhà chung cư và văn phòng hiện nay, công ty đã phát triển các đơn vị mô-đun quy mô phòng, có thể kết hợp với nhau khi cần cho từng căn hộ, phòng hoặc văn phòng riêng lẻ. Các đơn vị này có thể được kết nối thành cái mà công ty mô tả là mạng lưới năng lượng nhiệt, một cách tiếp cận giống với bộ tản nhiệt truyền thống, cuộn dây quạt hoặc các đơn vị đầu cuối đóng gói hơn là hệ thống điều hòa trung tâm hiện đại. Matalucci giải thích rằng các mạng lưới này di chuyển nhiệt khi và nơi cần thiết, cho phép công ty nhắm mục tiêu vào các tòa nhà cao tầng làm ứng dụng đầu tiên. Ông ví von rằng, càng cần nhiều công suất, chúng ta càng có thể ghép nối nhiều yếu tố lại với nhau, giống như những khối Lego vậy.
Thiết kế này đã vượt ra ngoài giai đoạn nguyên mẫu. Vào tháng 8 năm 2025, MIMiC đã lắp đặt hệ thống kiểm soát khí hậu thể rắn thí điểm đầu tiên của mình trong căn hộ của một người sống chung với chấn thương tủy sống ở Vancouver, Canada.
Hiện tại, với sản xuất ở quy mô nhỏ, Matalucci cho biết các đơn vị như ở Vancouver có giá cao gấp đôi so với hệ thống máy nén thông thường. Mặc dù mức giá này vẫn nằm trong phân khúc sản phẩm cao cấp, nhưng công ty hiểu rằng họ phải giảm chi phí để sản phẩm dễ tiếp cận hơn cho việc áp dụng đại trà. Đó là lý do tại sao MIMiC đang đầu tư mạnh vào nghiên cứu và phát triển để giảm chi phí vật liệu và sản xuất.
Hệ thống thể rắn không yêu cầu nạp chất làm lạnh, không có máy nén và ít bộ phận cơ khí hơn nhiều, giúp giảm thiểu khả năng hỏng hóc theo thời gian. Matalucci ước tính điều này có thể giúp giảm 10% đến 15% chi phí sở hữu cho các hộ gia đình, đồng thời loại bỏ hoàn toàn lượng khí thải liên quan đến chất làm lạnh. MIMiC đang nỗ lực để đưa các sản phẩm của mình ra thị trường thương mại và đang thảo luận về các đơn đặt hàng trước với những người tiên phong. Mục tiêu của công ty là có đợt sản xuất đầu tiên vào đầu năm tới, hoặc thậm chí sớm hơn nữa.
Thật đáng mong chờ phải không các bạn? Hy vọng rằng những công nghệ làm mát "xanh" như thế này sẽ sớm trở nên phổ biến, giúp chúng ta vừa tận hưởng không khí mát mẻ, vừa chung tay bảo vệ hành tinh của mình! (Nguồn: CNN)
