Nghiên cứu mới về máy lạnh không dùng 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 lượng muối nhất định được hòa tan vào nước. Sau mỗi chu kỳ làm mát, hệ thống này sử dụng năng lượng mặt trời làm bay hơi nước và tái tạo muối, sẵn sàng tái sử dụng.
 

Các nhà khoa học tại KAUST đã phát triển thành công 1 hệ thống làm mát đơn giản dựa trên năng lượng mặt trời và hiệu ứng làm mát của nước muối bốc hơi, có thể sử dụng cho tủ lạnh ở khu vực nắng nóng mà bị hạn chế về điện. Ảnh: KAUST; Veronica Moraru

“Ở các vùng nắng nóng với mức năng lượng mặt trời cao, rất thuận tiện sử dụng năng lượng mặt trời để làm mát,” ông Wenbin Wang - nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm Peng Wang, KAUST (King Abdullah University of Science and Technology), Ả rập Xê út cho biết. Ở nhiều nơi trên thế giới, nhu cầu làm mát ngày càng cao do vấn đề biến đổi khí hậu, nhưng không phải nơi nào cũng có thể tiếp cận nguồn điện để dùng điều hòa hay tủ lạnh. “Chúng tôi lên ý tưởng một hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời không nối lưới và thiết kế lưu trữ cho làm mát rẻ và bền vững.”
 

​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: KAUST; Wenbin Wang

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế ra một hệ thống làm mát và tái tạo gồm hai giai đoạn, với giai đoạn làm mát dựa trên nguyên tắc hòa tan một số muối thông thường trong nước, nước hấp thụ năng lượng và nhanh chóng làm mát nước. Sau khi thử nghiệm so sánh nhiều loại muối khác nhau, amoni nitrat (NH₄NO₃) có hiệu suất nổi bật với khả năng làm mát cao hơn 4 lần so với loại muối tiếp theo - 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 100g nước, trong khi các muối khác thường dưới 100g. Ưu điểm khác nữa của loại muối này là nó rất rẻ và được sử dụng rộng rãi làm phân bón.”

Hệ thống làm mát đặc biệt này rất có tiềm năng ứng dụng trong việc lưu trữ thực phẩm. 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.

Khi dung dịch muối bắt đầu tăng đến nhiệt độ phòng, nhóm nghiên cứu 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. 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 một cách tự động sau khi rơi xuống.” Wenbin nói. Sau khi được thu gom, muối ở dạng lưu trữ sẵn sàng tái sử dụng để làm mát khi cần.