Các nhà nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) ở Saudi Arabia đã giới thiệu NESCOD, một công nghệ làm mát thụ động mới. Hệ thống này được phát triển nhằm giải quyết nhu cầu ngày càng tăng về các giải pháp làm mát không phụ thuộc vào điều hòa tiêu tốn điện năng.
Cơ chế hoạt động của NESCOD
Về mặt cơ chế, NESCOD tạo ra hơi lạnh nhờ một phản ứng vật lý tự nhiên, thay vì dùng máy nén và điện như điều hòa truyền thống. Hệ thống khai thác nguyên lý nhiệt truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh trong nhiệt động lực học để vận hành.
Hệ thống này thu thập năng lượng Mặt Trời và lưu trữ để sử dụng cho việc làm mát. Qua đó, một số chi phí điện liên quan đến làm mát có thể được loại bỏ và mang đến giải pháp nhằm giảm thiểu tác động môi trường do điều hoà truyền thống gây ra. Các nhà nghiên cứu cũng cho biết hệ thống này có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào các hệ thống làm lạnh chạy bằng diesel. Qua đó quá trình truyền nhiệt bức xạ được tối ưu hoá, ứng dụng ở các khu vực xa xôi hoặc dễ xảy ra thiên tai.
Chu trình hai giai đoạn
Hệ thống NESCOD hoạt động theo chu trình nhiệt động lực học 2 giai đoạn, gồm làm mát bằng hòa tan và tái tạo chất tan bằng năng lượng Mặt Trời. Trong chu trình làm mát/hòa tan, một loại muối cụ thể, ammonium nitrate, được hòa tan trong nước. Quá trình hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh để phá vỡ các liên kết ion của muối, từ đó nhanh chóng làm giảm nhiệt độ của chất lỏng.
Theo nghiên cứu được công bố bởi Royal Society of Chemistry, các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy hệ thống có thể đạt công suất làm mát lên tới 191 W trên mỗi mét vuông trong điều kiện tiêu chuẩn.
Tái tạo bằng năng lượng mặt trời
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một bộ tái tạo năng lượng mặt trời 3D nhằm tạo ra hệ thống bền vững và có thể lặp lại nhiều lần. Hệ thống hoạt động bằng cách sử dụng ánh nắng mặt trời để biến nước trong dung dịch muối thành hơi nước. Khi nước bốc hơi, amoni nitrat sẽ kết tinh trở lại, bắt đầu chu trình làm mát mới.
Quá trình này cho phép hiệu ứng mát lạnh được lưu trữ và sử dụng bất cứ khi nào cần, bởi quá trình hòa tan và tái tạo diễn ra tách biệt nhau. Điều đó giúp hệ thống đạt hiệu quả cao cho các ứng dụng ngoài lưới điện trong điều kiện nắng nóng cực đoan.
Hiệu suất và khả năng duy trì
Nghiên cứu trên cũng cho biết NESCOD có thể duy trì hiệu quả làm mát sau nhiều chu kỳ sử dụng. Khi tiếp xúc với mức bức xạ Mặt Trời tiêu chuẩn, hệ thống có thể liên tục làm bay hơi khoảng 2,2 kg nước/m2/giờ, giúp duy trì nhiệt độ trong khoảng từ 5-15 độ C.
Ngoài ra, hệ thống còn có thể thu hồi lượng hơi nước tạo ra, cho phép tái sử dụng nước với mức tạp chất dưới 1 ppm. Tính năng này đặc biệt hữu ích ở các khu vực khô hạn, nơi việc tiết kiệm nước được xem như thiết yếu.
Hiệu quả kinh tế
Bên cạnh đó, hiệu quả kinh tế khiến công nghệ trở thành một lựa chọn khả thi để triển khai trên quy mô lớn. Trước đó, Amoni nitrat có hiệu quả tốt và chi phí rẻ, trở thành một chất mang năng lượng hóa học bền vững và đã được sản xuất với quy mô lớn.
