Điều này có nghĩa, việc làm mát đã trở thành nhu cầu, gần như là cần thiết cho sự tồn tại của chúng ta. Tuy nhiên, việc làm mát nhưng không gây hại cho môi trường đang trở thành thách thức.
Việc làm mát và biến đổi khí hậu
Điều trớ trêu là khi Trái đất nóng lên, công nghệ mà chúng ta sử dụng để làm mát lại góp phần vào làm biến đổi khí hậu, khiến không khí càng nóng hơn. Theo trang Scientific American, lượng máy điều hòa không khí trong phòng dự kiến sẽ tăng gấp 4 lần lên con số 4,5 tỷ chiếc vào năm 2050.
Việc làm mát cần mức năng lượng khổng lồ. Trong khi đó, nguồn năng lượng của chúng ta chủ yếu dựa vào nhiên liệu hóa thạch và bất kỳ năng lượng nào được sử dụng để giảm nhiệt độ đều phát thải khí nhà kính.
Chất làm lạnh, hóa chất được sử dụng để giảm nhiệt độ, có khả năng làm toàn cầu nóng lên. Khi những chất này rò rỉ ra ngoài khí quyển, sẽ ảnh hưởng lớn đến khí hậu. Hydrofluorocarbon trong các thiết bị này và các thiết bị làm mát khác là khí nhà kính mạnh và là nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu.
Vì vậy, chúng ta phải tìm kiếm các giải pháp thân thiện với môi trường trước khi chưa quá muộn.
Giải pháp thân thiện môi trường
 |
Hệ thống làm mát thử nghiệm chất làm lạnh rắn mới. |
Các nhà khoa học Mỹ đã tạo ra một thiết bị mẫu có thể thay thế máy điều hòa nhiệt độ hiện có. Đây là phiên bản mới thân thiện hơn với môi trường và sử dụng chất làm lạnh rắn để làm mát không gian. Kết quả nghiên cứu của họ đã được trình bày tại cuộc họp của Hiệp hội Hóa học Mỹ gần đây.
Tiến sĩ Adam Slavney, người trình bày công trình nghiên cứu tại cuộc họp trên, cho biết, chỉ cần lắp đặt một máy điều hòa không khí hoặc vứt bỏ một cái điều hòa không dùng nữa cũng là một tác nhân lớn góp phần gây ra hiện tượng nóng lên toàn cầu.
Các hệ thống làm mát truyền thống như máy điều hòa không khí hoạt động bằng cách làm cho chất làm lạnh biến đổi luân phiên thành dạng khí và dạng lỏng. Khi dạng lỏng trở thành dạng khí, nó nở ra và hấp thụ nhiệt, làm mát một căn phòng. Một máy nén hoạt động với áp suất khoảng 70 – 150 psi có thể biến khí trở lại thành chất lỏng và giải phóng nhiệt.
Với máy điều hòa không khí, nhiệt này được dẫn ra bên ngoài nhà. Đây là chu trình có vẻ hiệu quả nhưng những lo ngại về biến đổi khí hậu và các quy định nghiêm ngặt về chất làm lạnh hydrofluorocarbon đang thúc giục việc tìm kiếm những chất làm lạnh khác thân thiện hơn với môi trường.
Một giải pháp lý tưởng có thể là chất làm lạnh rắn. Không giống như khí, chúng sẽ không rò rỉ ra môi trường từ các máy điều hòa nhiệt độ.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra vật liệu barocaloric, một loại chất làm lạnh rắn, hoạt động tương tự như các hệ thống làm mát truyền thống. Vật liệu rắn barocaloric bao gồm các chuỗi phân tử dài, linh hoạt, bị rối loạn và hơi mềm, nhưng khi chịu áp lực, chúng trở nên cứng lại trở thành một trạng thái có trật tự hơn và giải phóng nhiệt trong quá trình này.
Theo điều tra viên chính của dự án, Tiến sĩ Jarad Mason thuộc Đại học Harvard, quá trình biến đổi từ một cấu trúc có trật tự sang một cấu trúc lỏng giống như sáp nóng chảy, nhưng không trở thành chất lỏng. Khi áp suất được giải phóng, vật liệu sẽ tái hấp thu nhiệt và hoàn thành chu trình làm việc.
Tuy nhiên, hệ thống barocaloric có những nhược điểm. Hầu hết các vật liệu này đều yêu cầu áp suất lớn để tạo ra các chu trình nhiệt. Để tạo ra các áp suất này, cần có thiết bị chuyên dụng và đắt tiền, do đó không khả thi khi áp dụng trong thực tiễn.
Thử nghiệm để tìm ra những vật liệu tốt hơn
Tuy nhiên, Tiến sĩ Mason và nhóm của ông gần đây báo cáo rằng vật liệu barocaloric có thể hoạt động như chất làm lạnh ở áp suất thấp hơn nhiều. Chất làm lạnh đó được gọi là perovskite kim loại – halogen. Nó có thể được sử dụng để làm mát giống như cách chuyển đổi giữa dạng lỏng và dạng khí, nhưng loại trừ việc khi chuyển đổi, nó vẫn là chất rắn.
Ông Slavney cho biết, các vật liệu được báo cáo có thể chuyển đổi ở áp suất khoảng 3.000 psi, đây là áp suất mà một hệ thống thủy lực điển hình có thể làm việc.
Nguyên mẫu đầu tiên của họ có thể chứng minh việc sử dụng những vật liệu mới trong một hệ thống làm mát thực tế. Thiết bị này có ba phần chính: Một ống kim loại chứa chất làm lạnh rắn và chất lỏng trơ - nước hoặc dầu; một pít-tông thủy lực tạo áp suất lên chất lỏng; chất lỏng giúp truyền áp suất đó đến chất làm lạnh và giúp truyền nhiệt qua hệ thống.
Tiến sĩ Mason cho biết, hệ thống này vẫn không sử dụng áp suất thấp như hệ thống làm lạnh thương mại, nhưng đang tiến gần hơn tới việc này. Theo nhóm nghiên cứu, đây là hệ thống làm mát đầu tiên sử dụng chất làm lạnh thể rắn dựa trên sự thay đổi áp suất.
Hiện, nhóm nghiên cứu có kế hoạch thử nghiệm nhiều loại vật liệu barocaloric khác nhau. Ông Slavney cho biết, nhóm của ông thực sự hy vọng sử dụng chiếc máy này để thử nghiệm giúp tìm ra những vật liệu tốt hơn nữa, bao gồm có được những chiếc máy hoạt động ở áp suất thấp hơn và dẫn nhiệt tốt hơn.
Các nhà nghiên cứu tin rằng, chất làm lạnh ở trạng thái rắn có thể trở thành sự thay thế phù hợp cho điều hòa không khí hiện tại và các công nghệ làm mát khác.
