Đội ngũ kỹ thuật sử dụng muối để lưu trữ năng lượng nhiệt
Erik Barbosa và Madeline Morrell (nghiên cứu sinh tiến sĩ) phân tích sự lưu trữ và giải phóng hơi nước trong muối. Tín dụng: Allison Carter
Từ giữ ấm vào mùa đông đến giặt giũ, nhiệt độ rất quan trọng đối với cuộc sống hàng ngày. Nhưng khi thế giới đang vật lộn với biến đổi khí hậu, mức tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng của các tòa nhà là một vấn đề nghiêm trọng. Hiện nay, nhiệt được tạo ra bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và khí đốt, nhưng điều đó sẽ cần phải thay đổi khi thế giới chuyển sang sử dụng năng lượng sạch.
Các nhà nghiên cứu của Georgia Tech tại Trường Kỹ thuật Cơ khí George W. Woodruff (ME) đang phát triển các hệ thống sưởi ấm hiệu quả hơn không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Họ đã chứng minh rằng việc kết hợp hai loại muối thường thấy có thể giúp lưu trữ năng lượng sạch dưới dạng nhiệt; thiết bị này có thể được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà hoặc tích hợp với máy bơm nhiệt để làm mát các tòa nhà.
Các nhà nghiên cứu đã trình bày nghiên cứu của mình trong một bài báo có tiêu đề "Lưu trữ năng lượng nhiệt hóa bằng cách sử dụng hỗn hợp muối với động học hydrat hóa được cải thiện và độ ổn định của chu trình", được xuất bản trong Tạp chí Lưu trữ Năng lượng.
Phản ứng khử
Cơ chế cơ bản của việc lưu trữ nhiệt rất đơn giản và có thể đạt được bằng nhiều phương pháp. Một phản ứng hóa học thuận nghịch cơ bản là nền tảng cho phương pháp tiếp cận của họ: Phản ứng thuận sẽ hấp thụ nhiệt và sau đó lưu trữ nhiệt, trong khi phản ứng ngược sẽ giải phóng nhiệt, cho phép tòa nhà sử dụng nhiệt.
Trợ lý Giáo sư ME Akanksha Menon đã quan tâm đến việc lưu trữ năng lượng nhiệt kể từ khi cô bắt đầu làm luận án Tiến sĩ. Khi đến Georgia Tech và thành lập Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Năng lượng Nước (WERL), cô không chỉ tham gia vào việc phát triển công nghệ và vật liệu lưu trữ mà còn tìm ra cách tích hợp chúng vào trong một tòa nhà. Cô nghĩ rằng việc hiểu được những thách thức cơ bản về vật chất có thể giúp tạo ra khả năng lưu trữ tốt hơn.
Cô nói: “Tôi nhận ra có rất nhiều điều mà chúng ta không hiểu, ở cấp độ khoa học, về cách thức các vật liệu nhiệt hóa này hoạt động giữa phản ứng thuận và phản ứng nghịch”.
muối cao cấp
Các phản ứng Menon thực hiện với việc sử dụng muối. Mỗi phân tử muối có thể chứa một số lượng phân tử nước nhất định trong cấu trúc của nó. Để kích hoạt phản ứng hóa học, các nhà nghiên cứu khử nước muối bằng nhiệt, để nó thoát ra hơi nước dưới dạng khí. Để đảo ngược phản ứng, họ hydrat hóa muối bằng nước, buộc cấu trúc muối giãn nở để chứa các phân tử nước đó.
Nghe có vẻ là một quá trình đơn giản, nhưng khi quá trình giãn nở/co lại này diễn ra, muối sẽ chịu áp lực lớn hơn và cuối cùng sẽ hỏng về mặt cơ học, giống như pin lithium-ion chỉ có rất nhiều chu kỳ sạc-xả.
Menon giải thích: “Bạn có thể bắt đầu với thứ gì đó là một hạt hình cầu đẹp mắt, nhưng sau khi trải qua một vài chu trình khử nước-hydrat hóa, nó sẽ vỡ ra thành các hạt nhỏ và nghiền thành bột hoàn toàn hoặc bị mất nước quá mức và kết tụ lại thành một khối”.
Những thay đổi này không hẳn là thảm họa nhưng chúng làm cho muối không còn hiệu quả trong việc lưu trữ nhiệt lâu dài vì khả năng lưu trữ giảm dần theo thời gian.
Menon và sinh viên của cô, Erik Barbosa, một tiến sĩ. sinh viên ME, bắt đầu kết hợp các muối phản ứng với nước theo nhiều cách khác nhau. Sau khi thử nghiệm sáu loại muối trong hai năm, họ đã tìm thấy hai loại muối bổ sung tốt cho nhau. Magiê clorua thường thất bại vì nó hấp thụ quá nhiều nước, trong khi stronti clorua hydrat hóa rất chậm. Cùng với nhau, những hạn chế tương ứng của chúng có thể mang lại lợi ích cho nhau và dẫn đến việc cải thiện khả năng lưu trữ nhiệt.
Menon nói: “Chúng tôi không có ý định trộn muối; đó chỉ là một trong những thí nghiệm mà chúng tôi đã thử. “Sau đó, chúng tôi nhận thấy hành vi tương tác này và dành cả năm để tìm hiểu lý do tại sao điều này lại xảy ra và liệu đó có phải là thứ mà chúng tôi có thể khái quát hóa để sử dụng để lưu trữ năng lượng nhiệt hay không.”
Lưu trữ năng lượng của tương lai
Menon chỉ mới bắt đầu với nghiên cứu này. Bước tiếp theo của cô là phát triển các cấu trúc có khả năng chứa các muối này để lưu trữ nhiệt, vốn là trọng tâm của dự án Ảnh chụp Trái đất Năng lượng.
Một cuộc trình diễn ở cấp độ hệ thống cũng đã được lên kế hoạch, trong đó một giải pháp là đổ đầy muối vào thùng trong lò phản ứng giường đóng gói. Sau đó, không khí nóng sẽ di chuyển qua muối, khử nước và sạc trống hiệu quả như một cục pin. Để giải phóng năng lượng dự trữ đó, không khí ẩm sẽ được thổi qua muối để bù nước cho tinh thể.
Nhiệt lượng tỏa ra sau đó có thể được sử dụng trong tòa nhà thay vì nhiên liệu hóa thạch. Mặc dù việc bắt đầu phản ứng cần điện, nguồn điện này có thể đến từ nguồn ngoài giờ cao điểm (dư thừa điện tái tạo) và năng lượng nhiệt dự trữ có thể được sử dụng vào thời gian cao điểm. Đây là trọng tâm của một dự án khác đang diễn ra trong phòng thí nghiệm.
Cuối cùng, công nghệ này có thể dẫn đến các giải pháp năng lượng thân thiện với khí hậu. Ngoài ra, không giống như nhiều lựa chọn thay thế như pin lithium, muối là vật liệu sẵn có rộng rãi và tiết kiệm chi phí, nghĩa là việc triển khai nó có thể nhanh chóng. Việc lưu trữ năng lượng nhiệt bằng muối có thể giúp giảm lượng khí thải carbon, một chiến lược quan trọng trong đấu tranh chống biến đổi khí hậu.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
