Phát minh cách làm lạnh mới: Không cần gas, thân thiện môi trường hơn tủ lạnh

Các nhà khoa học vừa công bố một phương pháp làm lạnh hoàn toàn mới mang tên 'ionocaloric', hứa hẹn thay thế công nghệ nén hơi đang được dùng trong hầu hết tủ lạnh, điều hòa và hệ thống làm mát ngày nay.

Trong các tủ lạnh thông thường, quá trình làm lạnh hoạt động theo nguyên lý nén hơi: một loại chất lỏng đặc biệt (gọi là môi chất lạnh) bay hơi để hấp thụ nhiệt, sau đó được nén lại thành chất lỏng, tạo thành một chu trình khép kín.

Phương pháp này hiệu quả nhưng lại gây hại cho Trái đất. Các môi chất lạnh như hydrofluorocarbon (HFC), loại khí đang được sử dụng rộng rãi, có chỉ số gây nóng lên toàn cầu (GWP) rất cao, mạnh gấp hàng nghìn lần so với CO₂. Vì vậy, thế giới đang nỗ lực giảm 80% việc sử dụng HFC trong 25 năm tới theo Sửa đổi Kigali của Nghị định thư Montreal.

Công nghệ ionocaloric mở ra một hướng hoàn toàn khác. Thay vì dùng khí gas để bay hơi, phương pháp này tận dụng sự thay đổi trạng thái vật chất, ví dụ như khi nước đá tan thành nước, để hấp thu hoặc giải phóng năng lượng.

Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science, nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Mỹ) đã phát hiện rằng khi thêm các hạt mang điện (ion) vào một chất lỏng, ta có thể buộc nó "tan chảy" hoặc "đông lại" mà không cần tăng hay giảm nhiệt độ. Cơ chế này giống như cách người ta rải muối lên đường băng tuyết để làm tan băng.

Khi áp dụng dòng điện, các ion di chuyển và làm thay đổi điểm nóng chảy của vật chất, từ đó tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ và làm lạnh không gian xung quanh.

Trong thí nghiệm, các nhà khoa học sử dụng muối iodua natri để làm tan ethylene carbonate (một dung môi hữu cơ phổ biến trong pin lithium-ion). Khi cho dòng điện nhỏ hơn 1 volt chạy qua, họ đo được sự thay đổi nhiệt độ tới 25°C, cao hơn nhiều so với các công nghệ làm lạnh bằng hiệu ứng nhiệt hiện nay.

Đặc biệt, ethylene carbonate được sản xuất từ CO₂, nên hệ thống này không chỉ có GWP bằng 0 mà còn âm, tức là có khả năng hấp thu CO₂ khỏi môi trường.

"Khiến vật lạnh đi, hoạt động hiệu quả, an toàn và không gây hại cho hành tinh, hiện tại chưa có giải pháp nào đáp ứng được tất cả. Nhưng chu trình ionocaloric có thể làm được điều đó", kỹ sư cơ khí Drew Lilley, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết.

Theo nhóm nghiên cứu, ưu điểm của công nghệ ionocaloric nằm ở ba điểm: thân thiện môi trường, tiết kiệm năng lượng và chi phí sản xuất thấp. Nếu được phát triển ở quy mô thương mại, nó có thể thay thế các hệ thống nén hơi hiện nay trong tủ lạnh, điều hòa và thậm chí cả máy sưởi.

Các thí nghiệm tiếp theo đang được tiến hành với nhiều loại muối khác nhau để tìm ra vật liệu hiệu quả nhất. Một nhóm quốc tế gần đây đã công bố phiên bản cải tiến của công nghệ này, sử dụng muối nitrat có thể tái chế bằng điện trường, mở ra hướng đi thực tế hơn cho ứng dụng dân dụng.

"Khi chúng tôi bắt đầu, đây chỉ là một ý tưởng trên giấy. Giờ đây, chúng tôi đã có một chu trình nhiệt động học hoàn chỉnh, và điều quan trọng là: nó hoạt động", kỹ sư Ravi Prasher từ Berkeley Lab khẳng định.