Lộ trình để điều hòa không khí xanh phù hợp với một thế giới ngày một nóng hơn

Khi sức nóng của mùa hè ngày một gia tăng, các máy điều hòa không khí được bật lên và nhu cầu năng lượng tăng đột ngột làm lưới điện quá tải. Trong một thế giới ngày một ấm hơn, những lựa chọn làm mát hiệu quả hơn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cắt giảm sự gia tăng của nhu cầu năng lượng làm mát không khí. Đây sẽ là điều xảy ra trên thực tế với gần 80% dân số toàn cầu sống ở các quốc gia gần xích đạo, nơi chỉ một sự gia tăng nhiệt độ nhỏ thôi cũng có thể đe dọa sự sống.

Nghiên cứu mới từ Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc thái bình dương Mỹ (PNNL) đã đem lại một phác thảo lộ trình về cách có thể cho các hệ làm lạnh hoạt động hiệu quả hơn với việc phát triển và hỗ trợ từ ngành công nghiệp. Kết quả nghiên cứu đã xuất bản trên tạp chí Accounts of Chemical Research.

“Tuy đây mới chỉ là khoa học cơ bản nhưng nó cũng có thể đóng vai trò là vật thay đổi cuộc chơi cho ngành công nghiệp”, Radha Motkuri, nhà kỹ thuật hóa học tại PNNL và tác giả liên hệ của nghiên cứu, cho biết.

Hóa học của sự làm mát

Motkuri và nhóm nghiên cứu của mình xem xét một cách tiếp cận có thể tiết kiệm năng lượng đáng kể:  sự làm lạnh hấp thụ. Các hệ thống này có thể được vận hành dựa trên một lượng nhỏ nhiệt dư từ một tòa nhà hoặc nhà máy công nghiệp để truyền điện cho các phản ứng trong một chất làm lạnh hơi và một loại vật liệu rắn.

“Đầu tiên chúng tôi đưa điện vào”, Motkuri giải thích. “Sau đó hệ ngày sẽ giữ vững chu kỳ – hấp thụ, giải hấp, hấp thụ, giải hấp – với một lượng điện đầu rất nhỏ”.

Điều này tương phản hoàn toàn với những hệ làm lạnh thông thường vẫn sử dụng một máy ép và đòi hỏi một lượng năng lượng đầu vào rất lớn để vận hành.

Đưa một hệ thống làm lạnh hấp thụ đạt tới năng lực làm lạnh lý tưởng và hiệu quả về năng lượng đòi hỏi sự hiểu biết về bản chất hóa học phức tạp giữa chất làm lạnh hơi, hay còn gọi là khách, và vật liệu hút bám rắn của cả hệ thống này, hay còn gọi là vật chủ. Motkuri và cộng sự của mình đã phải đào sâu tìm hiểu nó đến tận từng chi tiết – hiệu chỉnh hình học lỗ rỗng của chất hấp thụ rắn, tốc độ của các phản ứng hóa học  và ngay cả tác động của các khuyết tật nhỏ nhất trong vật liệu rắn này – để hiểu về cách chúng ảnh hưởng lên toàn hệ. Gần đây, nhóm nghiên cứu đã được mời để biên soạn công trình của họ thành một tài liệu tổng quan để có thể giúp các nhà phát triển trong công nghiệp làm lạnh cố gắng đạt được yêu cầu của các giải pháp tiết kiệm hiệu quả điện năng.

“Việc làm lạnh hấp thụ dựa trên vật liệu làm lạnh đã loại trừ đi các vấn đề về chi phí, hiệu quả và sự tin cậy, do đó nó đã giới hạn khả năng chấp nhận các hệ làm lạnh hấp thụ chứa nước hiện nay trong các tòa nhà thương mại và nhà ở”, Pete McGrail, một nhà kỹ thuật hóa học đã dẫn dắt các dự án về làm lạnh hấp thụ tại PNNL trong nhiều năm qua, nhận xét. “Bài báo này đã trình bày một tóm tắt đã được thực hiện nhiều năm trong các cặp hấp thụ – làm lạnh mới có thể thúc đẩy đáng kể công nghệ làm lạnh hấp thụ”.

Các hợp chất làm lạnh thân thiện với môi trường

Dự đoán, với sự xuất hiện của các đợt sóng nhiệt ở quy mô toàn cầu thì nhu cầu điện năng liên quanđến làm lạnh sẽ tăng lên gấp ba vào năm 2050. Đó là một cú thúc đẩy các hệ thống làm lạnh vận hành với ít phát thải carbon hơn. Thêm vào yêu cầu hiệu quả về năng lượng nhiều hơn, điều này sẽ gồm cả việc that đổi tiêu chuẩn cho các chất làm lạnh.

Các chất làm lạnh thông thường vẫn thường sử dụng hydrofluorocarbon (HFCs) sẽ bị loại bỏ vào những năm tới bằng một chất khác thân thiện với môi trường hơn, hydrofluoro-olefins (HFOs). HFOs có tiềm năng giúp phát thải toàn cầu của một thế giới ngày một ấm lên tới gần bằng không, điều đó có nghĩa là phát thải của HFOs có thể liên quan đến mức nhiệt thấp hơn trong khí quyển so với phát thải của các chất làm lạnh HFCs.

Nhận thức được quá trình chuyển đổi này, Motkuri và cộng sự thực hiện các thí nghiệm sử dụng chất làm lạnh hydrofluorocarbon giá rẻ, sẵn có là R-134a. Chất làm lạnh hydrofluorocarbon này có tiềm năng phù hợp với một thế giới có nhiệt độ cao nhưng hành xử về mặt hóa học tương tự với hydrofluoro-olefins, khiến nó là một lựa chọn phù hợp để nghiên cứu về các phản ứng phân tử của các hệ làm lạnh hấp thụ sẽ sử dụng HFOs trong tương lai. Các nhà nghiên cứu đang háo hức nhìn vào sự tích hợp của HFOs trong nghiên cứu về làm lạnh hấp thụ trong tương lai như bước tiếp theo của các hệ làm lạnh xanh.

Các nhà nghiên cứu khác của PNNL như Dushyant Barpaga, Jian Zheng, Peter McGrail, và Radha Motkuri đều đóng góp công sức vào công trình trên Accounts of Chemical Research.

Nhàn.Thanh tổng hợp

Nguồn: https://techxplore.com/news/2022-07-team-roadmap-greener-air-conditioning.html

https://cleantechnica.com/2022/07/29/greener-air-conditioning-for-a-warmer-world/