Các nhà khoa học cho biết chất lỏng nano và bộ tạo nhiễu động có tiềm năng to lớn trong việc tăng độ dẫn nhiệt, tăng hiệu quả truyền nhiệt, cắt giảm chi phí năng lượng và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.
Vận chuyển hỗn loạn nanofluid lai qua ống với băng xoắn cải tiến kết hợp với tản nhiệt vây xoắn. Tín dụng: Công nghệ và đánh giá năng lượng bền vững 53 (2022). doi.org/10.1016/j.seta.2022.102702
Nanofluids, còn gọi là hạt nano, là chất lỏng chứa các hạt có kích thước nanomet, trong khi bộ tạo nhiễu động, thường được làm bằng thép không gỉ, bao gồm các tấm chắn kim loại nhỏ hoặc dây cuộn.
Gần đây, chất lỏng nano và máy tạo nhiễu động đã nổi lên như những kỹ thuật mới giúp tăng cường hệ thống làm mát, tối đa hóa tốc độ truyền nhiệt và tăng cường năng lượng tái tạo.
Phát hiện nổi bật nhất của các nhà khoa học cho thấy có thể thu được những lợi ích đáng kể về mặt truyền năng lượng, làm mát và sưởi ấm khi kết hợp chất lỏng nano và bộ tạo nhiễu động để phát triển các kỹ thuật giúp tối đa hóa chức năng của chúng.
Sưởi ấm và làm mát tiêu thụ gần một nửa năng lượng toàn cầu và chịu trách nhiệm cho hơn 40% lượng khí thải carbon dioxide liên quan đến năng lượng. Các điều kiện dự kiến sẽ trở nên trầm trọng hơn khi nhu cầu về điều hòa không khí dự kiến sẽ tăng 45% vào năm 2050.
Đối với các nhà khoa học, vấn đề cấp bách đối với thế giới là "chuyển sang sử dụng rộng rãi hơn các nguồn năng lượng tái tạo thay vì nhiên liệu hóa thạch để giải quyết hiệu quả thách thức chuyển đổi sang năng lượng bền vững".
Họ cung cấp nghiên cứu của mình "với thiết kế lộ trình tích hợp các công nghệ tiên tiến (dựa trên nanofluid và máy tạo nhiễu động) vào các hệ thống năng lượng bền vững". Các tác giả xác định "tiềm năng to lớn của các công nghệ này trong việc đóng góp đáng kể vào quá trình chuyển đổi toàn cầu sang các nguồn năng lượng tái tạo".
Các chi tiết và phát hiện của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Applied Thermal Engineering, và các nhà khoa học khẳng định rằng ngày càng có nhiều sự quan tâm đến công trình của họ và các loại nghiên cứu tương tự từ các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ và năng lượng tái tạo.
Nghiên cứu này là sản phẩm của sự hợp tác và quan hệ đối tác giữa năm trường đại học ở các khu vực khác nhau trên thế giới. Các tác giả đến từ Đại học Sharjah ở Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất, Đại học Lancaster của Anh, Đại học Dầu khí và Khoáng sản King Fahd của Ả Rập Xê Út, Đại học Kỹ thuật Quốc gia Athens của Hy Lạp và Đại học Sunway của Malaysia.
Theo tác giả chính Tiến sĩ Zafar Said, phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật của Đại học Sharjah, nghiên cứu này tập trung vào nhu cầu về các giải pháp năng lượng bền vững, giúp chỉ ra hướng đi tới hiệu suất tốt hơn của các hệ thống năng lượng với tác động giảm thiểu đến môi trường.
"Điều này có thể cải thiện đáng kể hiệu quả của các công nghệ năng lượng tái tạo, bên cạnh việc góp phần chuyển dịch khỏi nền kinh tế nhiên liệu hóa thạch", Tiến sĩ Said nói tiếp. "Các vật liệu mới, chẳng hạn như vật liệu thay đổi pha và nanofluid lai, đã được giới thiệu, hứa hẹn nhiều cho việc lưu trữ và vận chuyển năng lượng hiệu quả hơn".
Tiến sĩ Said, người tập trung nghiên cứu về nanofluid, truyền nhiệt và năng lượng bền vững, cho biết ông và các đồng nghiệp đang phát triển các công nghệ mới, nếu được sử dụng, sẽ "tăng cường các quá trình truyền nhiệt vốn rất quan trọng trong các ứng dụng năng lượng, tập trung vào nanofluid, bộ tạo nhiễu động và chất lỏng làm việc mới để nghiên cứu tiềm năng và cải thiện hiệu quả của chúng trong các bộ thu nhiệt mặt trời và bộ trao đổi nhiệt.
"Nghiên cứu của chúng tôi nhấn mạnh vào tính bền vững của môi trường, trả lời các mục tiêu hiện đại về năng lượng sạch và lượng khí thải carbon thấp. Nghiên cứu xem xét cách các công nghệ tiên tiến này sẽ được đưa vào các ứng dụng quy mô lớn và chỉ ra lộ trình chuyển đổi sang các hệ thống năng lượng tái tạo."
Trong khi đó, các tác giả thừa nhận rằng kỹ thuật này, như được trình bày trong nghiên cứu của họ, vẫn "cần cân nhắc cẩn thận những nhược điểm tiềm ẩn, chẳng hạn như sự lắng đọng hạt nano tăng lên, có thể làm giảm hiệu quả của hệ thống. Cách tiếp cận toàn diện này xem xét các yếu tố kinh tế, môi trường và xã hội, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn bền vững toàn cầu và đóng góp vào nghiên cứu về tính bền vững của hệ thống năng lượng".
Tuy nhiên, Tiến sĩ Said rất lạc quan khi ông cung cấp cho các bộ tạo nhiễu động và chất lỏng nano khả năng dẫn nhiệt và hiệu suất cao hơn, cũng như tiềm năng đáng kể trong các hệ thống làm mát và thiết bị năng lượng tái tạo.
"Nghiên cứu của chúng tôi làm nổi bật tiềm năng biến đổi của nanofluid và máy tạo nhiễu động trong việc định hình tương lai của các hệ thống năng lượng. Việc tích hợp các vật liệu tiên tiến này vào các ứng dụng hàng ngày có thể thu hẹp khoảng cách giữa hiệu quả năng lượng và tính bền vững của môi trường", ông lưu ý.
Trong khi các nhà khoa học chứng minh cách tích hợp nanofluid và bộ tạo nhiễu động có thể đạt được hiệu quả tối đa của các thiết bị làm mát và sưởi ấm về mặt môi trường, khối lượng và chi phí, họ đồng thời nhấn mạnh một số thách thức phía trước, đặc biệt là liên quan đến tính ổn định và khả năng mở rộng.
"Những kỹ thuật thực tế này minh họa rằng các hệ thống truyền nhiệt hiện đại có thể khả thi và sử dụng được trong thực tế. Việc chuyển lý thuyết thành thực hành trở nên dễ dàng hơn về mặt này", họ viết.
Tiến sĩ Said chỉ ra rằng những phát hiện của nghiên cứu "có thể áp dụng trực tiếp vào thiết kế hệ thống hiệu quả trong các ngành công nghiệp HVAC, vận tải và năng lượng tái tạo, đồng thời cho thấy khả năng mở rộng và tính kinh tế của hệ thống ở quy mô lớn hơn".
HVAC, viết tắt của Heating Ventilation and Air Conditioning, là hệ thống vận hành nhiều công nghệ khác nhau có khả năng kiểm soát độ ẩm, nhiệt độ và độ tinh khiết của không khí trong không gian kín một cách thoải mái và bền vững.
Các tác giả lưu ý, "Các hệ thống năng lượng trong tương lai sẽ được thiết kế dựa trên các nguyên tắc về hiệu quả và việc sử dụng vật liệu mới. Một số thách thức lớn trong nghiên cứu liên quan đến việc phát triển các vật liệu và sự kết hợp mới để giảm chi phí và tăng cường truyền nhiệt bằng cách sử dụng bộ tạo nhiễu động và chất lỏng đặc biệt.
"Bài báo này đã nêu bật tầm quan trọng của việc tiêu thụ năng lượng hiệu quả bằng cách kết hợp các phương pháp mới khác nhau với các nguồn năng lượng tái tạo và thay thế. Việc chuyển sang sử dụng rộng rãi hơn các nguồn năng lượng tái tạo thay vì nhiên liệu hóa thạch là rất cấp thiết để giải quyết hiệu quả thách thức được công nhận rộng rãi này về quá trình chuyển đổi sang năng lượng bền vững."
Các tác giả mô tả nghiên cứu của họ là "có tầm nhìn xa" vì nó nêu ra "những rào cản chính cần vượt qua nếu các công nghệ như vậy tác động đáng kể đến các hệ thống năng lượng bền vững trong tương lai". Họ đưa ra hướng dẫn về cách giải quyết những trở ngại công nghệ còn lại.
"Những điều này được phác thảo bao gồm phát triển vật liệu mới, nâng cao hiệu suất, tính ổn định lâu dài, phương pháp vòng đời và giảm chi phí khi triển khai các công nghệ tiên tiến vào các ứng dụng công nghiệp quy mô lớn."
Theo các tác giả, những trở ngại khác mà nghiên cứu trong tương lai cần giải quyết bao gồm đạt được công nghệ quy mô công nghiệp, tiếp tục giảm chi phí và đạt được mức độ khả năng mở rộng và tương thích vật liệu bền vững.
"Việc hiện thực hóa công nghệ, chi phí, khả năng mở rộng và khả năng tương thích vật liệu là những yếu tố chính cần xem xét. Những công nghệ này cũng có thể được áp dụng cho nhiều ngành, như những ngành liên quan đến kỹ thuật ô tô và hàng không vũ trụ, nơi mà việc kiểm soát nhiệt là một vấn đề rất lớn."
Bất chấp những trở ngại, các tác giả khẳng định rằng tương lai sẽ có triển vọng tươi sáng cho "chất lỏng nano, chất gây nhiễu động và chất lỏng làm việc mới [được kỳ vọng] sẽ trở thành chìa khóa để cách mạng hóa quá trình truyền nhiệt. Những tiến bộ trong các lĩnh vực này sẽ tác động đến kỹ thuật ô tô và hàng không vũ trụ, vốn sẽ được hưởng lợi rất nhiều từ việc quản lý nhiệt được cải thiện.
"Hơn nữa, việc áp dụng các kỹ thuật tăng cường truyền nhiệt có thể dẫn đến giảm áp suất dòng chảy nhiều hơn, làm tăng chi phí vận hành của thiết bị, đặc biệt là trong trường hợp có bộ tạo nhiễu động. Tuy nhiên, thiết kế phù hợp của các thiết bị tăng cường có thể giảm thiểu sự gia tăng nhu cầu công việc bơm và cuối cùng, thiết kế tổng thể có thể nâng cao hiệu quả hiệu suất toàn hệ thống."
Họ nhấn mạnh rằng cần có thêm nghiên cứu để thu hẹp khoảng cách giữa lý thuyết và thực hành trong các trường hợp sử dụng liên quan đến nanofluid, máy tạo nhiễu động và chất lỏng làm việc mới, cũng như để cải thiện hệ thống làm mát hàng không và ô tô.
"Nanofluid có thể được sử dụng để tăng cường truyền nhiệt bên trong hệ thống làm mát ô tô. Điều này sẽ cải thiện hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu hơn cho ô tô. Có thể thực hiện các nghiên cứu trường hợp cụ thể về vấn đề này", các tác giả nhấn mạnh trong nghiên cứu của họ.
Họ cũng thúc giục các nhà khoa học đưa máy học vào nghiên cứu của họ để tối ưu hóa công nghệ và thiết bị của họ bằng cách sử dụng nanofluids và máy tạo nhiễu động. Cách tiếp cận này "tận dụng AI và máy học để điều chỉnh hệ thống theo cấu hình tối ưu nhất cho doanh nghiệp. Nó làm giảm đáng kể việc thử nghiệm và đẩy nhanh việc phổ biến công nghệ".
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
