Một công ty khởi nghiệp do một nhà vật lý vật liệu thành lập đang cố gắng viết lại cách chúng ta làm mát thực phẩm và không gian trong nhà bằng vật liệu làm lạnh thể rắn mới và giờ đây công ty này đã thực hiện một bước quan trọng hướng tới thương mại hóa. Công ty Barocal đã phát triển một loại vật liệu rắn có thể hấp thụ và giải phóng nhiệt bằng cách tạo áp suất trong bảy năm qua với hy vọng thay thế chất lỏng làm lạnh truyền thống bị rò rỉ, phá hủy tầng ozone và làm trầm trọng thêm hiệu ứng nhà kính. Theo kế hoạch, loại vật liệu này dự kiến ​​sẽ được sử dụng trong tủ lạnh và hệ thống điều hòa không khí trong tương lai.

Theo báo cáo, công ty khởi nghiệp do giáo sư Đại học Cambridge và nhà vật lý vật liệu Xavier Moya thành lập, gần đây đã hoàn thành khoản tài trợ mới trị giá 10 triệu USD để thúc đẩy thương mại hóa giải pháp làm lạnh thể rắn. Khoản tài trợ này là sự bổ sung cho 4,5 triệu USD mà họ đã nhận được từ Hội đồng Đổi mới Châu Âu và 1 triệu USD mà họ đã giành được trong cuộc thi giải pháp năng lượng TERA-Award. Nó được cho là sẽ đẩy nhanh đáng kể việc triển khai công nghệ của Barocal.

Để hiểu cách tiếp cận của Barocal, trước tiên chúng ta cần xem lại các nguyên tắc cơ bản của hệ thống làm lạnh truyền thống. Hiện nay, các tủ lạnh gia đình thường sử dụng chất làm lạnh dạng lỏng để tuần hoàn theo các cuộn dây bên trong hộp. Hầu hết các chất làm lạnh này là khí nhà kính mạnh. Khi bay hơi thành khí, chúng hấp thụ nhiệt từ không khí xung quanh và thức ăn, làm mát không gian bên trong. Chất làm lạnh dạng khí sau đó được hút vào và nén bằng máy nén, trong đó khí được làm nóng. Sau đó, khí nhiệt độ cao và áp suất cao sẽ chảy qua cuộn dây ở phía sau thân máy bay, và quạt giúp nó tản nhiệt ra không khí bên ngoài. Khí dần dần nguội đi và ngưng tụ lại thành chất lỏng. Sau khi đi qua bộ phận tiết lưu để giảm áp suất, chất làm lạnh dạng lỏng sẽ quay trở lại cuộn dây bay hơi và toàn bộ chu trình được lặp lại để hoàn thành quá trình làm lạnh.

Sự đổi mới của Barocal là việc sử dụng tinh thể nhựa, một loại vật liệu làm lạnh thể rắn rẻ tiền. Ở trạng thái nghỉ, các phân tử bên trong tinh thể quay tự do và vật liệu tự hấp thụ nhiệt, bao phủ ổn định phạm vi nhiệt độ khoảng 50 độ C (90 độ F). Khi áp suất bên ngoài tác dụng lên nó, chuyển động quay của phân tử bị "tạm dừng" và tinh thể giải phóng nhiệt mà nó đã hấp thụ trước đó. Nếu nước được phép chảy qua vật liệu trong quá trình này và nhiệt được lấy đi, sau đó nhiệt được thải ra môi trường qua bộ tản nhiệt, thì nhiệt có thể được “vận chuyển” ra khỏi tủ lạnh hoặc hệ thống điều hòa không khí.

Nguyên tắc này được gọi là “hiệu ứng barocaloric” và là nguồn gốc của cái tên Barocal. Với sự trợ giúp của vật liệu làm lạnh thẻ áp suất rắn này, hệ thống làm lạnh không còn phụ thuộc vào chất làm lạnh khí nhà kính truyền thống, loại bỏ căn bản tác động tiêu cực rất lớn đến khí hậu do rò rỉ. Đồng thời, chu trình làm lạnh nén hơi truyền thống có mức tiêu thụ năng lượng cao và cần một lượng điện lớn để điều khiển máy nén. Giải pháp trạng thái rắn dự kiến ​​sẽ cải thiện đáng kể hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm năng lượng cần thiết cho việc làm lạnh.

Điều đáng chú ý là Moya và nhóm của anh ấy không phải là những nhà thám hiểm duy nhất đi theo hướng này. Lực lượng nghiên cứu khoa học, bao gồm nhiều nhóm, đang cố gắng sử dụng các nguyên tắc tương tự để phát triển công nghệ làm lạnh ít carbon. Đại học Cambridge cũng tiếp tục nghiên cứu các cơ chế liên quan trong 15 năm trước khi thành lập Barocal. Ví dụ, một nhóm nghiên cứu đã đề xuất giải pháp điều hòa không khí xanh dựa trên chất làm lạnh rắn, với hy vọng thay thế hệ thống làm lạnh truyền thống.

Nếu Barocal có thể được "triển khai ổn định" ở cấp độ kỹ thuật và thị trường, loại công nghệ làm lạnh thể rắn này dự kiến ​​sẽ đạt được mức giảm phát thải gấp đôi trong tương lai: một mặt, nó sẽ giảm áp lực điện do nhu cầu làm lạnh toàn cầu gây ra, mặt khác, nó sẽ loại bỏ nhu cầu sử dụng chất làm lạnh khí nhà kính từ nguồn. Xét thấy số lượng tủ lạnh và máy điều hòa không khí trên toàn thế giới sẽ tiếp tục tăng đáng kể trong những thập kỷ tới, tác động tiềm tàng của con đường thay thế này trong việc giảm thiểu biến đổi khí hậu là rất được mong đợi.

Hiện tại, Barocal đang khám phá việc đưa vật liệu làm lạnh rắn có kết cấu dạng sáp vào hệ thống làm lạnh và HVAC cấp thương mại. Ngoài việc nghiên cứu và phát triển bản thân vật liệu, làm thế nào để biến loại "chất rắn có thể ép" này thành một hệ thống thực sự có thể sử dụng được đòi hỏi rất nhiều công việc kỹ thuật, bao gồm việc thu nhỏ hệ thống, hiệu quả cao, kiểm soát chi phí và độ ồn thấp trong quá trình vận hành. Công ty trước đó tiết lộ rằng họ đã triển khai hợp tác thí điểm với một số công ty quốc tế và đặt mục tiêu ra mắt sản phẩm thương mại đầu tiên trong vòng ba năm. Nếu suôn sẻ, người tiêu dùng có thể không phải chờ quá lâu để được trải nghiệm phương pháp làm mát của “tủ lạnh tương lai” này trong cuộc sống hàng ngày.