Công nghệ máy bơm nhiệt tương lai: hiệu quả, êm ái và an toàn hơn nhờ loại bỏ máy nén

Máy nén là bộ phận trung tâm trong các thiết bị như tủ lạnh, điều hòa không khí và máy bơm nhiệt, nhiệm vụ vận hành quá trình nén khí gas lạnh để tạo sự chênh lệch nhiệt độ, từ đó làm lạnh hoặc sưởi ấm. Tuy nhiên, máy nén thường sử dụng các loại gas làm lạnh có thể cháy nổ hoặc gây tác hại tới môi trường, đồng thời tạo ra tiếng ồn khi hoạt động.

Christian Vogel, giám đốc điều hành một startup tại Freiburg, đã chỉ ra việc sử dụng gas butan trong hệ thống, một loại chất dễ cháy, trong khi nhiều máy nén khác dùng hydrofluoroolefins (HFO) có tiềm năng gây hại cho khí hậu.

Startup Qurie đang phát triển mô hình máy bơm nhiệt sử dụng công nghệ điện nhiệt (electrocaloric) thay thế hoàn toàn máy nén truyền thống. Công nghệ này sử dụng các vật liệu polymer cùng cơ chế Heatpipes điện nhiệt, trong đó vật liệu tổng hợp hoặc gốm có khả năng nóng lên hoặc nguội đi khi có dòng điện chạy qua. Hơi nước được dùng làm chất làm lạnh, khi nước bay hơi trên bề mặt nóng tạo áp suất thay thế hoạt động nén khí, từ đó không cần máy nén cơ học.

Khi không có điện, vật liệu nguội lại khiến hơi nước ngưng tụ và chu trình được lặp lại. Quá trình này hứa hẹn giảm tổn thất năng lượng, nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tiếng ồn so với hệ thống truyền thống.

Qurie cho biết hệ thống máy bơm nhiệt mới đạt hiệu suất lý thuyết khoảng 70%, vượt mức 50% của máy bơm nhiệt hiện hành. Kilian Bartholomé, trưởng nhóm phát triển và đồng sáng lập, nhấn mạnh công nghệ này không dùng chất làm lạnh gây hại, tiết kiệm năng lượng hơn và có tiềm năng giảm chi phí trong tương lai.

Giai đoạn đầu, Qurie tập trung vào làm mát các tủ điều khiển điện trong nhà máy công nghiệp và tủ lạnh siêu thị, với các thiết bị công suất nhỏ đến 100 watt đã được thử nghiệm thành công. Dự kiến năm 2027 sẽ phát triển thêm thiết bị công suất lớn và kiểm tra vật liệu kỹ hơn, tiếp đến năm 2028 startup này dự kiến ra mắt các sản phẩm thử nghiệm (pilot) trên thị trường.

Khó khăn lớn nhất hiện nay là việc mở rộng công suất lên khoảng 10 kilowatt, công suất cần thiết để sử dụng trong máy bơm nhiệt sưởi ấm nhà ở. Chuyên gia Marek Miara, giám đốc chương trình Heat Pumps Watch, đánh giá công nghệ này cần từ 5 đến 10 năm nữa mới có thể đạt được mức công suất đó và phù hợp với hộ gia đình.

Các ưu điểm tiềm năng của hệ thống điện nhiệt như độ bền, tính an toàn cao và hoạt động êm ái được công nhận. Tuy nhiên, theo ông Miara, khi thời gian phát triển kéo dài thì lợi thế này có thể giảm bớt khi các nhà sản xuất hiện nay đã bắt đầu thay thế gas lạnh bằng các loại gas ít độc hại như propen với lượng nhỏ, đảm bảo an toàn và thân thiện môi trường.

Đồng thời, máy nén truyền thống cũng ngày càng được cải tiến để giảm tiếng ồn và nâng cao hiệu quả hoạt động. Mặc dù vậy, ông Miara cũng nhìn nhận cơ hội cho công nghệ của Qurie, cho rằng nếu có niềm tin thì startup sẽ có khả năng thành công. Chiến lược tập trung vào làm mát công nghiệp trước được coi là bước đi đúng đắn để tiến tới các ứng dụng rộng hơn trong tương lai.

Bài viết được biên tập với sự hỗ trợ của công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), tổng hợp từ các nguồn tin dẫn bên dưới và đã qua kiểm duyệt của toà soạn Quang Minh Việt Nam.