Điều hòa có thể sản sinh ra điện năng - giải pháp cách mạng cho mùa hè nóng nực

Máy điều hòa không khí tổng luôn là một trong những thiết bị tiêu tốn điện năng nhất của các tòa nhà văn phòng. Chi phí điện năng cho các hệ thống điều hòa không khí đó luôn là một trong những điều làm đau đầu những người sở hữu các tòa nhà văn phòng đó.

Nhưng một startup về năng lượng đến từ Florida, Be Power Tech đang nỗ lực giải quyết vấn đề đó. Họ muốn tạo ra một bước đột phá với một hệ thống điều hòa không khí không những không tiêu tốn điện khi làm mát mà còn sản sinh ra điện năng cho tòa nhà đó.

Máy điều hòa không khí đặt trên mái thông thường.

Nói một cách đơn giản, hệ thống của Be Power Tech là một máy điều hòa không khí chạy bằng khí gas và sản sinh ra điện. Bản thân việc máy điều hòa không khí chạy bằng khí gas – một loại năng lượng có thể lưu trữ rẻ tiền và dễ dàng – đã làm cho nó trở nên sáng tạo. Do việc sử dụng khí gas để làm lạnh sẽ giúp giảm tiêu thụ điện vào cao điểm của mùa hè, và giúp giảm nhu cầu vận hành các nhà máy điện trong giai đoạn đỉnh một cách tốn kém.

Nhưng điều làm cho Be Power Tech trở nên thực sự sáng tạo là bằng cách kết hợp hai kỹ thuật làm lạnh bay hơi và sử dụng nhiệt năng hao phí, nó đã chiếm được ưu thế tuyệt đối trước các máy điều hòa không khí và máy phát điện thông thường.

Làm mát bay hơi cho máy điều hòa không khí công suất thấp

Các máy điều hòa không khí thông thường hoạt động bằng cách sử dụng một động cơ công suất cao để nén chất làm lạnh, cho đến khi nó chuyển từ dạng khí sangdạng lỏng dưới áp suất cao. Sau đó, chất lỏng làm lạnh sẽ được bơm vào trong một thiết bị được gọi là dàn bay hơi. Thiết bị này hút nhiệt của cả tòa nhà bằng cách cho bay hơi chất lỏng làm lạnh, chuyển từ thể lỏng trở lại thể khí.

Điện năng tiêu tốn trong quá trình làm mát không khí phần lớn là do máy nén khí, sử dụng để chuyển chất làm lạnh bay hơi trở lại thể lỏng. Tiếng kêu ồn ào phát ra từ máy điều hòa không khí chính là âm thanh của máy nén khí đang hoạt động.

Tuy nhiên, thay vì một máy điều hòa không khí sử dụng động cơ nén khí như trước đây, hệ thống của Be Power Tech sử dụng một bộ làm lạnh bay hơi được tăng cường chất hút ẩm, vốn đã được phát triển tại Phòng Thí nghiệm Quốc gia về Năng lượng tái tạo của Mỹ (NREL). Công ty đã giành được giấy phép độc quyền từ NREL để sử dụng công nghệ này.

Giống như máy điều hòa không khí thông thường, máy làm lạnh bay hơi hút nhiệt bên trong tòa nhà bằng quá trình bay hơi. Tuy nhiên, việc làm lạnh được thực hiện bằng cách bay hơi nước thay vì chất làm lạnh. Dòng không khí nóng, khô được điều hòa bằng cách bơm nó qua một bể nước để nó bay hơi từ từ và làm cho dòng không khí trở nên mát hơn và ẩm hơn khi đi qua hệ thống.

Quá trình làm mát bay hơi trên không phải là một công nghệ mới. Bạn có thể mua một máy làm mát tương tự như vậy (đôi khi còn được gọi là làm mát kiểu ướt) chỉ với giá vài USD. Vấn đề là chúng chỉ hoạt động khi không khí bên ngoài nóng và khô. Điều này có nghĩa là chúng không thể sử dụng ở phần lớn các quốc gia, do không khí trong mùa hè trở nên quá ẩm.

Để vượt qua giới hạn này, hệ thống làm lạnh của Be Power Tech sử dụng một chất hút ẩm để hút hơi nước ra khỏi không khí trước khi nó được làm lạnh thông qua bộ bay hơi. Chất hút ẩm là một dung dịch muối dạng lỏng, có ái lực cao để hút nước ra khỏi không khí. Với việc bổ sung chất hút ẩm, công nghệ này tận dụng được các lợi ích của bộ làm lạnh bay hơi mà không có các hạn chế như các máy làm lạnh bay hơi thông thường.

Nhưng hệ thống cần cách nào đó nhằm tách nước ra khỏi chất hút ẩm để nó có thể tiếp tục được sử dụng để trích xuất hơi ẩm ra khỏi dòng không khí ẩm đầu vào. Đó là lúc những viên pin nhiên liệu trong hệ thống phát huy tác dụng.

Nguồn nhiệt làm sản sinh điện năng

Để làm khô chất hút ẩm sau khi hút hơi nước từ không khí ẩm đầu vào, hệ thống của Be Power Tech sử dụng nhiệt hao phí được tạo ra từ một viên pin nhiên liệu khí gas. Nhiệt năng làm bay hơi nước trong dung dịch hút ẩm, sau đó chất hút ẩm đã được làm khô sẽ lưu trữ trong một thùng cho đến khi cần thiết.

Pin nhiên liệu dùng khí gas chuyển khí gas trực tiếp thành điện năng thông qua quá trình điện hóa, về cơ bản là quá trình tách các electron từ khí hydrocarbon đầu vào và chuyển nó thành một hỗn hợp của hơi nước và Carbon Dioxit CO₂.

Bất kỳ năng lượng nhiên liệu nào không chuyển được thành điện năng sẽ bị thải ra dưới dạng nhiệt. Một pin nhiên liệu dùng khí gas điển hình chuyển khoảng một nửa năng lượng hóa học của dòng nhiên liệu đầu vào thành điện và một nửa thành nhiệt, và hoạt động ở khoảng 600 độ C.

Thông thường, pin nhiên liệu khí gas như hệ thống “máy chủ năng lượng” của Bloom Energy, vốn dùng để sản xuất điện cho những nơi có nhu cầu tải rất lớn, như trung tâm dữ liệu của eBay, và thải nhiệt sinh ra vào môi trường như một sản phẩm phụ.

Các khối pin nhiên liệu dùng khí gas của Bloom Energy.

Nhưng hệ thống của Be Power Tech đi theo một hướng khác khi sử dụng các pin nhiên liệu như một nguồn nhiệt để làm khô chất hút ẩm, được sử dụng trong bộ phận điều hòa không khí của hệ thống. Điện năng sản xuất ra bởi pin nhiên liệu sẽ được nạp vào các tòa nhà, nơi nó được sử dụng cho việc thắp sáng, máy tính và các mục đích thương mại khác.

Ưu điểm của cách hoạt động này là gần như mọi năng lượng hóa học chứa trong nhiên liệu khí gas có thể được sử dụng cho điều gì đó hữu ích – kết quả sẽ làm giảm tổng thể điện năng tiêu thụ. Theo Be Power Tech, hệ thống của họ sử dụng hơn 80% năng lượng hóa học trong khí gas đầu vào để sản xuất điện hoặc cung cấp cho máy điều hòa không khí.

Mọi người đều muốn một chiếc điều hòa không khí tốt hơn

Hệ thống của Be Power Tech thoạt nghe có thể khá phức tạp, nhưng thực chất nó là một sự thay thế khả thi cho một máy điều hòa không khí đặt trên mái nhà thông thường, chạy bằng khí gas nhưng lại hao tốn rất nhiều năng lượng chỉ để mang lại khả năng làm mát tương đương. Điều này có nghĩa là những người sở hữu các tòa nhà sẽ giảm được một khoản đáng kể chi phí năng lượng từ việc lắp đặt hệ thống này, đặc biệt với mức giá thấp của khí gas ngày nay.

Để mang hệ thống này ra thị trường, Be Power Tech đang liên kết với Phòng Thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge để tiến hành thử nghiệm hệ thống của mình dưới nhiều điều kiện không khí và các trường hợp sử dụng khác nhau. Công ty kỳ vọng sẽ bắt đầu thử nghiệm hệ thống trên thực địa vào năm tới.

Nếu họ có thể chứng minh các lợi ích của hệ thống dưới các điều kiện hoạt động thực tế và liên kết giá trị của nó với lợi ích thương mại cho khách hàng, công nghệ của họ sẽ nhanh chóng được chấp nhận rộng rãi. Điều hòa không khí chiếm phần lớn chi phí cho những người sở hữu các tòa nhà thương mại, và mọi người đều muốn một chiếc điều hòa không khí tốt hơn.

Tham khảo ScientificAmerican