Tận dụng nhiệt thải từ công nghiệp giúp đem lại nhiều lợi ích

Suốt những năm qua, ở Na Uy, phần nhiệt dư thừa sinh ra từ hoạt động sản xuất hầu như không được khai thác. Cứ như vậy, một lượng lớn năng lượng đã bị lãng phí.

“Phần nhiệt dư từ các quy trình công nghiệp là một nguồn tài nguyên khổng lồ”, TS. Kim Kristiansen ở Khoa Hóa học, Đại học Khoa học và Công nghệ Na Uy, cho biết.

Hầu hết các công ty đang thải phần nhiệt sinh ra từ các quy trình công nghiệp trực tiếp ra không khí hoặc đại dương.  Đây là một con số khổng lồ. Chỉ tinh riêng Na Uy, ngành công nghiệp sản xuất ra khoảng 20 TWh (TeraWatt giờ, 1 TWh = 1000,000,000 kWh) nhiệt thải mỗi năm. Để dễ hình dung, theo Cơ quan Quản lý Năng lượng và Tài nguyên Nước Na Uy, con số này tương đương một nửa mức tiêu thụ điện của tất cả các hộ gia đình ở Na Uy cộng lại. 20 TWh tương đương với toàn bộ lượng điện dùng cho  mục đích sưởi ấm ở Na Uy.

Công nghệ của TS. Kristiansen nghiên cứu trước hết có thể đem lại nhiều lợi ích cho những nơi thiếu nước uống. Theo lời ông, “Công nghệ này không chỉ tái chế năng lượng nhiệt thải mà còn có thể lọc nước thải do công nghiệp sinh ra.”

Ở nhiều nơi trên thế giới, nước uống đang trở thành một tài nguyên ngày càng khan hiếm. Nhu cầu về một công nghệ có thể giải quyết vấn đề này trở nên bức thiết hơn bao giờ hết.

Vậy công nghệ mới của TS Kristiansen là gì? Dẫn lời ông, “Nước thải do công nghiệp sinh ra thường bị ô nhiễm. Nếu chúng ta làm bay hơi nước không tinh khiết này qua các lỗ nhỏ trong màng không thấm nước, nước ngưng tụ ở phía bên kia có thể uống được”. Phương pháp này phù hợp nhất để lọc nước có các tạp chất không bay hơi (như muối). Một số hợp chất hữu cơ khác ví dụ như rượu có thể bay hơi cùng với nước qua màng.

Ứng dụng lớn nhất của công nghệ này sẽ là lọc nước biển. Tất nhiên, nước đã lọc vẫn sẽ phải trải qua một số quy trình nữa trước khi có thể uống được. Nước uống đã có rồi, thế còn việc khai thác năng lượng nhiệt thải thì sao?

Khai thác sự chênh lệch nhiệt độ để bơm nước

Khi nước được đun nóng ở một bên của màng, nó sẽ bay hơi và giải phóng nhiệt ở phía bên kia qua quá trình ngưng tụ. Quá trình này sinh ra áp suất chênh lệch giữa hai bên của màng lọc. Như vậy chênh lệch nhiệt độ dùng để bơm nước lên, và sự chênh lệch áp suất sẽ sinh ra năng lương cơ học có thể làm quay các tua bin. Hiện tượng này được gọi là thẩm thấu nhiệt.

Như vậy, năng lượng nhiệt thải qua quá trình đã biến thành cơ năng để khai thác. TS Kristiansen nói về nghiên cứu của mình: “Chúng tôi đã nghiên cứu những tương tác xảy ra giữa nước và các lỗ trong màng lọc, những gì xảy ra khi nước bay hơi, đi qua các lỗ và ngưng tụ.” Trong nghiên cứu này, anh đã thiết kế các lý thuyết về những tính chất của màng và ảnh hưởng của chúng đến toàn bộ quá trình. Anh cũng đo lường hiệu quả của hệ thống này trong phòng thí nghiệm.

Theo TS Kristiansen, công nghệ này có tiềm năng rất lớn. Thông qua việc cải tiến màng lọc, nghiên cứu có thể giúp giải quyết các thách thức ngày càng tăng lên liên quan đến năng lượng và thiếu nước sạch.

TS Kristiansen cho rằng “các công ty đang quan tâm đến phương pháp  chưng cất màng, nhưng cho đến nay, chỉ có một vài nhà máy được thí điểm trên toàn thế giới.” Có rất nhiều khó khăn trong thực tiễn khiến cho công nghệ này chưa được áp dụng trong lĩnh vực công nghiệp. Rất nhiều chuyên gia trong cả học thuật và công nghiệp đang cố gắng để xử lý những thách thức này.

“Tôi cho rằng các công ty chưa hoàn toàn hiểu rõ phương pháp và cơ hội nó mang lại. Bài báo của chúng tôi đã đưa ra một kết luận, đó là công nghệ này có tiềm năng sản xuất ra một mức năng lượng cạnh tranh từ màng lọc hơn so với các công nghệ cũ”, TS Kristiansen tin rằng điều này có thể thu hút các công ty quan tâm đến việc thương mại hóa nghiên cứu này.

Anh Lưu tổng hợp

https://techxplore.com/news/2024-06-smart-solution-harness-industry.html#google_vignette