Điều hòa không tốn điện, hấp thu năng lượng mặt trời

Hệ thống này không có các bộ phận chạy điện mà hoàn toàn khai thác hiệu ứng làm mát mạnh mẽ, diễn ra khi một số muối được hòa tan trong nước. Sau mỗi chu kỳ làm mát, hệ thống này sử dụng năng lượng mặt trời làm bay hơi nước và tái tạo muối cho quá trình làm mát tiếp theo.

Theo Wenbin Wang, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Peng Wang, GS Khoa học Môi trường và Kỹ thuật thuộc Trung tâm năng lượng mặt trời Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) Ả rập Xê út, các vùng nóng có mức năng lượng mặt trời cao, đây là điều kiện thuận lợi để sử dụng năng lượng mặt trời làm mát. Nhiều nơi trên thế giới, nhu cầu làm mát ngày càng cao do biến đổi khí hậu, nhưng không phải cộng đồng nào cũng có thể có điện lưới để điều hòa không khí và làm lạnh.

Hệ thống làm mát do các kỹ sư KAUST thiết kế có thể được sử dụng để làm mát các phòng trong hộ gia đình. Ảnh © 2021 KAUST; Wenbin Wang

Nhóm khoa học đã thiết kế một hệ thống làm mát và tái tạo hai giai đoạn, giai đoạn làm mát là hòa tan một số muối thông thường trong nước, nước hấp thụ năng lượng và nhanh chóng hạ nhiệt. Giai đoạn hai là sử dụng năng lượng mặt trời làm nước bay hơi và thu lại muối.

Sau nhiều thử nghiệm so sánh nhiều loại muối khác nhau, amoni nitrat (NH4NO3) có hiệu suất nổi bật hơn, khả năng làm lạnh cao hơn 4 lần so với muối cạnh tranh gần nhất, amoni clorua (NH4Cl).

Khả năng làm mát đặc biệt của muối amoni nitrat có thể là do khả năng hòa tan cao. TS Wenbin cho biết, độ hòa tan của NH4NO3 đạt 208g trên 100 g nước, các muối khác thường dưới 100g. Ưu điểm khác nữa là muối này rất rẻ và được sử dụng rộng rãi làm phân bón.

Theo nhóm nghiên cứu, hệ thống làm mát đặc biệt này rất có tiềm năng cho những ứng dụng lưu trữ thực phẩm ở những vùng không có hoặc nguồn cung cấp điện không đủ hoặc làm mát các phòng trong một nhà. Khi muối được hòa tan vào nước trong một cốc kim loại bên trong hộp xốp polystyrene, nhiệt độ của cốc nhanh chóng giảm từ nhiệt độ phòng xuống còn khoảng 3,6 độ C, duy trì dưới 15 độ C trong hơn 15 giờ.

Giai đoạn thứ hai, khi dung dịch muối bắt đầu tăng nhiệt bằng nhiệt độ phòng, nhóm khoa học sử dụng năng lượng mặt trời để làm bay hơi nước bằng cách sử dụng thiết bị tái tạo năng lượng mặt trời hình cốc 3D đặt riêng. Chiếc cốc được chế tạo từ vật liệu, có khả năng hấp thụ quang phổ mặt trời cao nhất. Khi nước bốc hơi, các tinh thể NH4NO3 sẽ bám trên thành ngoài của cốc. Muối kết tinh được thu gom lại sau khi rơi xuống và sẵn sàng cho tái sử dụng để tiếp tục làm mát.

Phối hợp với các công nghệ khác, thiết kế này có thể là cơ sở căn bản để phát triển các hệ thống làm mát ở vùng sâu, vùng xa và những khu vực khó tiếp cận với điện lưới.