Các nhà khoa học Trung Quốc vừa tạo ra một loại bơm nhiệt siêu cao áp mới không có bộ phận chuyển động, có thể một ngày nào đó cho phép sử dụng ánh sáng mặt trời hoặc nhiệt thải công nghiệp để cung cấp năng lượng cho một số ngành công nghiệp tiêu thụ nhiều năng lượng nhất trên thế giới.
Sử dụng một loại bơm nhiệt Stirling nhiệt âm học cải tiến, nhóm nghiên cứu đã chứng minh được cách nâng cấp nhiệt độ thấp lên mức cao hơn nhiều so với các loại bơm nhiệt thông thường.
Máy bơm nhiệt siêu cao áp. Ảnh: Viện Vật lý và Hóa học Kỹ thuật, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS)
Máy bơm nhiệt cải tiến này được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), đứng đầu là Tiến sĩ Luo Ercang, một nhà vật lý kiêm Giám đốc điều hành của Viện Vật lý và Hóa học Kỹ thuật.
Ông Luo giải thích trong một thông cáo báo chí: “Phát triển các máy bơm nhiệt công nghiệp siêu cao áp có thể sử dụng năng lượng hiệu quả sẽ là một trong những con đường then chốt để đạt được mục tiêu ‘giảm phát thải carbon kép’ của Trung Quốc”.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, nguyên mẫu đã tạo ra nhiệt độ đầu ra là 270 độ C khi sử dụng nguồn nhiệt 145 độ C để vận hành chu trình.
Phát minh này đã phá vỡ giới hạn vật lý thực tế lâu nay là khoảng 200 độ C, giới hạn mà hầu hết các công nghệ bơm nhiệt công nghiệp đã phải tuân thủ trong nhiều thập kỷ.
Định nghĩa lại nhiệt công nghiệp
Khác với các hệ thống nén hơi thông thường, bơm nhiệt không có bộ phận cơ khí chuyển động. Thay vào đó, nó dựa vào nhiệt âm học, sự tương tác giữa sóng âm và nhiệt, để truyền năng lượng nhiệt.
Hệ thống này chuyển đổi nhiệt năng thành sóng âm đứng cường độ cao, sau đó bơm năng lượng từ nguồn có nhiệt độ thấp hơn đến nguồn có nhiệt độ cao hơn.
Được thiết kế để sử dụng các nguồn nhiệt khiêm tốn như bộ thu nhiệt mặt trời, nhiệt từ lò phản ứng hạt nhân hoặc dòng khí thải công nghiệp, máy bơm này có thể nâng cấp năng lượng nhiệt bị lãng phí thành nhiệt năng chất lượng cao.
Sản phẩm này phù hợp với các quy trình công nghiệp trong lĩnh vực gốm sứ, hóa dầu và luyện kim, có khả năng giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong các lĩnh vực khó khử carbon.
Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), các lựa chọn công nghệ của quốc gia này sẽ ảnh hưởng mạnh mẽ đến lộ trình khử carbon toàn cầu.
Sưởi ấm công nghiệp chiếm khoảng 40% tổng lượng tiêu thụ năng lượng nhiệt của Trung Quốc. Trong khi đó, riêng Trung Quốc đã lãng phí từ 10 đến 27% tổng năng lượng dưới dạng nhiệt thải. Việc thu hồi và nâng cấp dù chỉ một phần nhỏ nhiệt thải này cũng có thể cải thiện đáng kể hiệu quả công nghiệp và giảm lượng khí thải carbon.
Vượt qua giới hạn nhiệt độ
Tiến sĩ Luo Ercang và các đồng nghiệp tin chắc rằng, khi vật liệu và thiết kế hệ thống được cải tiến, máy bơm nhiệt siêu cao áp có thể cung cấp nhiệt không phát thải carbon lên đến 1.300 độ C vào năm 2040.
Mặc dù việc triển khai quy mô lớn chưa được kỳ vọng trong thời gian ngắn, nhóm nghiên cứu tin rằng công nghệ này cuối cùng có thể cho phép các nhà máy tái chế nhiệt thải của chính họ, hoặc sử dụng ánh sáng mặt trời, để cung cấp năng lượng cho một số quy trình công nghiệp khó khử carbon nhất.
Nghiên cứu này đã được công bố trên các tạp chí Nature Energy, Applied Physics Letters và Energy.
Trang Ly
