Hiện nay, ở nhiều nơi trên thế giới vẫn còn thiếu cơ sở hạ tầng trong điều kiện hứng nhiều ánh sáng mặt trời. Điều này khiến các tòa nhà hấp thụ cái oi nóng, gây cảm giác khó chịu. Việc sử dụng điều hòa để làm mát đôi khi sẽ tiêu tốn khá nhiều tiền bạc và không bảo vệ môi trường. Mới đây, một hệ thống kết hợp ánh sáng mặt trời và nước muối để làm mát mà không cần dùng đến điện đã nhận được nhiều sự quan tâm. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu và khám phá nghiên cứu này qua bài viết dưới đây.
Phương pháp hòa trộn lạnh
Là hiện tượng giảm nhiệt độ khi hòa trộn muối và nước theo những tỉ lệ nhất định. Hiệu ứng này phụ thuộc nồng độ dung dịch và điểm cùng tinh. Ví dụ, nếu trộn 200g CaCl2 với 100g nước ở 0oC thì nhiệt độ dung dịch sẽ giảm xuống -42oC. Với muối ăn (NaCl) hiện tượng này có xảy ra nhưng ở mức độ kém hơn. Trong thực tế người ta vẫn dùng nước đá muối để bảo quản cá khi cần nhiệt độ thấp hơn 0oC trên các tàu đánh bắt cá.
Ứng dụng trong làm mát không khí
Hệ thống thử nghiệm mà Đại học Khoa học và Công nghệ King Abdullah (KAUST) ở Arab Saudi đang phát triển tận dụng hiện tượng “đổi pha”. Trong đó năng lượng bị hấp thụ khi tinh thể muối hòa tan trong nước.
Sự chuyển pha xảy ra khi năng lượng tự do nhiệt động của một hệ thống phi giải tích cho một số lựa chọn các biến nhiệt động. Tình trạng này thường bắt nguồn từ sự tương tác của số lượng lớn các hạt trong một hệ thống. Nó không xuất hiện trong các hệ thống quá nhỏ. Cần lưu ý là chuyển pha có thể xảy ra và xác định cho các hệ thống không nhiệt động. Trong đó nhiệt độ không phải là một tham số.
Điều này có nghĩa nếu thêm muối vào nước ấm, nước sẽ nguội đi nhanh chóng do muối hòa tan.
Sau một số thí nghiệm với nhiều loại muối khác nhau, nhận thấy ammonium nitrate có hiệu quả tốt nhất. Nhờ độ hòa tan trong nước cao, hợp chất này có khả năng làm mát cao gấp 4 lần. Loại muối tốt thứ hai là ammonium chloride. Ngoài ra, ammonium nitrate được sử dụng rộng rãi trong phân bón và giá thành rẻ.
Ứng dụng trong bảo quản thực phẩm
Bên cạnh việc sử dụng trong hệ thống làm mát cho các tòa nhà, hệ thống này cũng có thể được sử dụng để làm lạnh thực phẩm. Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nước có thêm amoni nitrat được đặt trong một cốc kim loại. Sau đó lần lượt được cho vào bên trong một hộp xốp polystyrene kín. Khi muối hòa tan và nước nguội đi, nhiệt độ của cốc giảm từ nhiệt độ phòng (khoảng 25 ºC / 77 ºF) xuống 3,6 ºC (38 ºF) trong vòng khoảng 20 phút. Nhiệt độ tiếp tục duy trì ở mức dưới 15 ºC (59 ºF) trong hơn 15 giờ.
Ngoài ra, khi tất cả muối đã tan, nhiệt mặt trời được sử dụng để làm bay hơi nước. Muối còn sót lại dưới dạng tinh thể hình thành trên cốc. Những tinh thể này sau đó có thể được thu thập và tái sử dụng trong hệ thống làm mát. Và trong khi để nước bốc hơi trong môi trường khô cằn, phần lớn lượng nước đó có thể được tái sử dụng nếu vẫn sử dụng năng lượng mặt trời.
Nhóm nghiên cứu đứng đầu là giáo sư Peng Wang ở KAUST mô tả chi tiết hệ thống trên tạp chí Energy and Environmental Science hôm 1/9.
