Tủ lạnh và máy điều hòa không khí là những thiết bị hữu ích nhưng lại sử dụng chất làm lạnh ở thể khí như hydroflurocarbon (HFC), có thể rò rỉ vào khí quyển và trở thành nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu. Giờ đây, các kỹ sư tại Đại học Harvard, Hoa Kỳ đã trình diễn một mẫu thiết bị làm mát sử dụng vật liệu dạng rắn như chất làm lạnh.

Các thiết bị như tủ lạnh và bộ xoay chiều nhận được năng lượng làm mát từ các chu kỳ thay đổi pha trong vật liệu. Ở thể khí, chất làm lạnh, thường là HFC, sẽ hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh để làm mát không gian phòng hoặc bên trong tủ lạnh. Sau đó, khí này đi vào một máy nén để được biến đổi thành chất lỏng và giải phóng nhiệt tích trữ ra bên ngoài. Khi áp suất giảm, chất lỏng được giãn nở trở lại thành chất khí để bắt đầu lại chu trình. Đây được gọi là hiệu ứng barocaloric.

Quy trình hiệu quả này đã được áp dụng trong nhiều thập kỷ, nhưng khí HFC có thể bị rò rỉ ra khỏi thiết bị trong quá trình sử dụng, khi thiết bị bị hỏng, cũng như trong quá trình di chuyển hoặc vứt bỏ thiết bị. Khi ở trong bầu khí quyển, HFC gây biến đổi khí hậu mạnh hơn nhiều CO₂, vì vậy việc tìm cách giảm lượng khí thải này là một phần quan trọng của các kế hoạch hành động vì môi trường.

Chất làm lạnh dạng rắn vẫn có thể trải qua hiệu ứng barocaloric, giúp khắc phục tình trạng này. Nghiên cứu mới đã tìm ra loại vật liệu triển vọng từ một lớp perovskite kim loại-halogen, đã trở thành vật liệu của pin mặt trời thế hệ mới. Trong trường hợp này, vật liệu có thể được sử dụng để làm lạnh giống như cách chất làm lạnh dạng khí chuyển đổi giữa pha lỏng và pha khí, ngoại trừ nó vẫn ở thể rắn trong cả hai pha.

Bí mật nằm ở cấu trúc nguyên tử. Thông thường, các chất rắn barocaloric được tạo thành từ các chuỗi phân tử dài linh hoạt, bị rối và hơi mềm, nhưng trong điều kiện áp suất, chúng cứng lại theo trạng thái có trật tự và giải phóng nhiệt. Do đó, các chất rắn lại có thể hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh.

Nhóm nghiên cứu đã trình diễn ý tưởng bằng một mẫu thiết bị. Chất làm lạnh thể rắn được bao gói trong một ống kim loại, cùng với chất lỏng trơ ​​như nước hoặc dầu. Một piston thủy lực tạo áp suất lên chất lỏng, rồi đến chất làm lạnh. Chất lỏng cũng giúp truyền nhiệt ra khỏi hệ thống.

Hệ thống này rất triển vọng, nhưng nhóm nghiên cứu cho rằng cần khắc phục một số hạn chế. Ví dụ, áp suất liên quan có thể xảy ra với thủy lực, nhưng hơi quá cao đối với các thiết bị tiêu dùng - khoảng 2.900 psi, so với 150 psi mà một AC thông thường đạt được.

N.P.D (NASATI), theo https://newatlas.com/materials/solid-state-refrigerant-greener-air-conditioning/, 23/8/2022