Thứ tư, 20/10/2021 | 15:06 GMT+7

Lưu trữ nhiệt để chuyển đổi năng lượng

07/10/2021

Ở Đức, 55% năng lượng tiêu thụ được dành cho việc sưởi ấm và làm mát. Tuy nhiên, rất nhiều tản nhiệt không được sử dụng vì nó không được tạo ra theo yêu cầu và khi cần thiết. Bình giữ nhiệt sử dụng chất liệu zeolite cho phép nhiệt lượng được lưu trữ trong thời gian dài mà không bị thất thoát. Các nhà nghiên cứu Fraunhofer hiện đang nghiên cứu cải thiện đáng kể độ dẫn nhiệt của zeolit.

Nhiều mái nhà ngày nay có các bộ thu năng lượng mặt trời cung cấp nước ấm cho các ngôi nhà. Hệ thống này hoạt động khá tốt vào mùa hè; tuy nhiên, nhu cầu sưởi ấm lên đến đỉnh điểm vào mùa đông. Do đó, kho lưu trữ nhiệt cần có khả năng lưu trữ một phần nhiệt thừa để sử dụng sau này. 

Hệ thống bay hơi ALMA cung cấp khả năng phủ lên các bộ phận nhỏ. Ảnh: Fraunhofer-Gesellschaft
Theo truyền thống, các bể nước lớn đã được sử dụng cho mục đích này; nước được làm nóng trong các bể này và nhiệt sau đó được lưu trữ trực tiếp dưới dạng nhiệt. Vấn đề của phương pháp này là yêu cầu khối lượng lớn, và mặc dù cách nhiệt tốt, vẫn có một lượng nhiệt nhất định bị thất thoát. Ngược lại, lưu trữ nhiệt hóa cho phép bảo toàn năng lượng nhiệt sinh ra vào mùa hè để sử dụng trong mùa đông lạnh giá.
Zeolit ​​là một trong những giải pháp lưu trữ như vậy. Không giống như nước, zeolit ​​không lưu trữ nhiệt trực tiếp — thay vào đó, nhiệt loại bỏ nước được lưu trữ bên trong vật liệu. Do đó, ở trạng thái năng lượng, zeolit ​​hoàn toàn khô; ngược lại, khi hơi nước đi qua các viên nén, nhiệt được tỏa ra. Ưu điểm của điều này là năng lượng không được lưu trữ dưới dạng nhiệt lượng tăng lên mà ở dạng trạng thái hóa học. Điều này có nghĩa là nhiệt không bị thất thoát trong quá trình bảo quản lâu dài. Tuy nhiên tồn tại một nhược điểm: Zeolit ​​có tính dẫn nhiệt kém, khiến việc truyền nhiệt từ bộ trao đổi nhiệt đến vật liệu và ngược trở lại rất khó khăn.
Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Fraunhofer Viện điện tử hữu cơ, công nghệ chùm tia điện tử và plasma Fraunhofer FEP, Đức hiện đã giải quyết được vấn đề này thông qua nghiên cứu của họ trong dự án ZeoMet. Tiến sĩ Heidrun Klostermann cho biết: "Chúng tôi đã phủ các viên zeolit ​​bằng nhôm — độ dẫn nhiệt tăng gấp đôi này chỉ sau lần thử đầu tiên mà không ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình hấp phụ và giải hấp nước. 
Các nhà khoa học tìm đến phương pháp bay hơi nhiệt, theo đó dây nhôm liên tục được đưa vào một tấm gốm nung nóng trong chân không, nơi nhôm bay hơi và lắng đọng trên các hạt dưới dạng một lớp nhôm. Các viên phải được luân chuyển liên tục trong thùng để chúng được phủ đều. Klostermann nói: “Khó khăn chính nằm ở việc phủ các hạt trong khi chúng lăn xung quanh cũng như đảm bảo rằng lớp phủ được phủ đều ở một mức độ vừa đủ."
Zeolit ​​không chỉ là một phương pháp lưu trữ nhiệt tốt: Chúng còn có thể giúp cung cấp khả năng làm mát cho mục đích sử dụng trong gia đình cùng với các bộ thu năng lượng mặt trời cũng như cho các ứng dụng di động. Ví dụ, trong xe thương mại, nhiệt mất đi từ bộ nguồn có thể được sử dụang để điều hòa không khí như một phần của chu trình nhiệt hóa. Các nhà khoa học đang tìm cách tăng cường kết nối với các nhà phát triển vật liệu và các kỹ sư hệ thống từ nghiên cứu và công nghiệp, với hy vọng cải tiến các giải pháp cho việc cung cấp hệ thống sưởi và làm mát linh hoạt.
Hà Trần (Theo Phys.org)