Nhằm đối phó các đợt nắng nóng trong tương lai, các nhà khoa học  trên thế giới đang nỗ lực tìm ra những công nghệ mới để làm mát đô thị và giảm sử dụng điện.

Đổi mới quá trình làm lạnh

Trong hầu hết các máy điều hòa không khí và tủ lạnh, chất làm mát dạng lỏng được nén để truyền nhiệt từ bên trong phòng hoặc thiết bị ra môi trường bên ngoài. Nhưng quá trình này thường phát thải khí nhà kính và ngốn nhiều điện. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), trên toàn cầu, máy điều hòa và quạt điện tiêu thụ khoảng 20% ​​lượng điện sử dụng trong các tòa nhà. Và số năng lượng cần thiết cho máy điều hòa trên toàn cầu sẽ tăng gấp 3 lần vào năm 2050.

Công nhân đang phủ lớp làm mát lên một con đường ở thành phố Phoenix (Mỹ).

Hồi năm ngoái, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Luxembourg đã hợp tác với công ty Nhật Bản Murata phát triển một thiết bị dựa trên phương pháp làm mát gọi là “điện nhiệt”. Trong quá trình làm mát này, một trường điện được áp dụng để thay đổi vị trí của các nguyên tử trong một loại gốm cách điện. Vì trường điện hạn chế chuyển động của các nguyên tử, nên độ rung của chúng tăng lên và được chuyển thành nhiệt, làm tăng nhiệt độ của vật liệu. Chất lỏng mang nhiệt đó ra ngoài. Khi nhiệt đã được loại bỏ, trường điện sẽ tắt và các nguyên tử trong gốm có thể di chuyển tự do hơn và giảm độ rung, qua đó làm giảm nhiệt độ của gốm. Sự thay đổi đó có thể được sử dụng cho mục đích làm mát.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ làm mát tiềm năng này có thể giúp các thiết bị làm lạnh hoạt động hiệu quả hơn mà không tiêu hao nhiều năng lượng, cũng như không phụ thuộc vào chất làm mát dạng lỏng gây hại cho môi trường.

Các vật liệu siêu lạnh

Mọi loại vật liệu đều phản xạ một phần ánh nắng chiếu vào chúng và phát ra năng lượng dưới dạng nhiệt. Riêng các vật liệu siêu lạnh phản xạ hầu hết bức xạ Mặt trời chiếu tới chúng và phát ra rất nhiều bức xạ nhiệt, nhờ đó làm cho chúng mát hơn khu vực xung quanh.

Được biết, vật liệu siêu lạnh đầu tiên được thiết kế vào năm 2014 bởi nhà khoa học người Mỹ Aaswath Raman. Kể từ đó, lĩnh vực vật liệu siêu lạnh đã bùng nổ. Trong phòng thí nghiệm, các vật liệu siêu lạnh được chế tạo dưới dạng nhựa, kim loại và thậm chí là gỗ.

Theo chuyên gia David Sailor tại Đại học Bang Arizona (Mỹ), vật liệu siêu lạnh có thể được sử dụng trong môi trường đô thị, nhờ không chỉ có thể giúp làm mát tòa nhà, mà còn có thể làm mát không khí ngoài trời.

Bề mặt lạnh

Bên cạnh vật liệu siêu lạnh, chuyên gia Raman cũng nghiên cứu một loại vật liệu làm mát khác cho các bề mặt thẳng đứng như mặt tiền tòa nhà, đó là lớp phủ bề ngoài lạnh. 

Các nhà khoa học khác cũng đang nghiên cứu theo hướng này. Như hồi tháng 8, các chuyên gia tại Đại học Columbia (Mỹ) đã quét sơn siêu lạnh lên một bức tường gợn sóng, nhưng chỉ ở mặt hướng lên bầu trời. Sau đó, họ quét một kim loại có khả năng hấp thụ nhiệt thấp vào mặt hướng xuống đất, đảm bảo mặt đó không hấp thụ nhiệt dư thừa. Kết quả cho thấy nhiệt độ bề mặt của bức tường mát hơn nhiệt độ không khí xung quanh 2-3°C.

Vật liệu thay đổi hình dạng

Nhóm nghiên cứu do kỹ sư Mohammad Taha dẫn đầu tại Đại học Melbourne (Úc) đang áp dụng một cách tiếp cận khác để làm mát các tòa nhà. Đó là “mực thay đổi pha” bao gồm các hạt nano lơ lửng thay đổi pha tùy thuộc vào nhiệt độ, chuyển từ chất siêu dẫn ở nhiệt độ mát sang kim loại ở nhiệt độ nóng hơn. Điều đó cho phép vật liệu giữ mát hoặc ấm, tùy thuộc vào nhiệt độ bên ngoài.

Trong tương lai, loại mực này có thể ứng dụng làm lớp phủ cửa sổ một cách hiệu quả. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu có thể thiết kế các lớp phủ khác nhau tùy theo mùa - như phủ nhiều lớp để giữ cho tòa nhà mát mẻ vào mùa hè và ấm áp vào mùa đông.

AN NHIÊN (Theo Nature.com)