Tại sao đã đến lúc phải thiết kế lại máy điều hòa

Máy điều hòa đã thay đổi cuộc sống của chúng ta, khiến con người có thể phát triển và tồn tại ở ở những nơi mà sức nóng sẽ khiến cuộc sống trở nên không thể chịu đựng được. Điều hòa cũng rất cần thiết cho các doanh nghiệp và một loạt công nghệ dựa trên việc kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, chẳng hạn như các máy chủ Internet hay trung tâm dữ liệu.

Nhưng tất cả điều này đều có giá của nó. Việc làm mát không khí nói chung chịu trách nhiệm cho 10% lượng điện tiêu thụ của hành tinh, theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế. Và khi thế giới nóng lên, nhu cầu về máy điều hòa sẽ chỉ tăng lên, đặc biệt là ở các nước đang phát triển. Điều này ngược lại sẽ càng làm tăng tác động của các thiết bị làm mát đối với khí hậu, do đó làm Trái đất nóng lên và tạo ra một vòng luẩn quẩn.

Rõ ràng, công nghệ hiện tại của những chiếc điều hòa không bền vững. Đó là lý do tại sao một liên minh mới - dẫn đầu bởi chính phủ Ấn Độ và Viện Rocky Mountain của Mỹ (RMI), một tổ chức nghiên cứu môi trường phi lợi nhuận - đã đưa ra Giải thưởng làm mát toàn cầu, một cuộc thi trị giá 1 triệu USD chỉ để thiết kế hệ thống làm mát không khí thế hệ kế tiếp.

"Máy điều hòa không khí gia đình đầu tiên được đưa ra thị trường vào năm 1926 bởi Willis Carrier, người đã chết từ lâu", Iain Campbell, giám đốc điều hành của RMI cho biết trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại. "Nếu chúng tôi đưa ông ấy trở lại cuộc sống và cho xem những mẫu sản phẩm điều hòa không khí ngày nay, ông ấy không chỉ biết nó là gì mà còn có thể cho bạn biết nó hoạt động như thế nào."

Có 1,2 tỷ đơn vị điều hòa không khí được cài đặt ngày nay, nhưng con số đó sẽ tăng lên 4,5 tỷ vào năm 2050, theo báo cáo của RMI. "Tác động của điều đó đối với nhu cầu điện sẽ rất lớn", Campbell, đồng tác giả báo cáo cho biết. "Vấn đề nan giải là nó phải trả giá bằng môi trường, thứ mà chúng ta không thể chi trả được. Đó là một mối đe dọa khí hậu mà bạn không thể nhìn thấy trong gương chiếu hậu, nhưng khi phải đối mặt trực diện, nó sẽ rất to lớn."

Giải thưởng này, mảng tên Global Cooling Prize, có một bộ hướng dẫn cụ thể cho người tham gia, với yêu cầu thiết kế một giải pháp làm mát có tác động tới khí hậu ít hơn 5 lần các phương pháp phổ biến hiện nay. Nghĩa là công nghệ đó thể giúp chống lại những tác động môi trường theo nhu cầu tăng trưởng trong tương lai.

Và để cho phép ý tưởng này có thể đạt hiệu quả, các thiết kế đề xuất được phép đắt hơn so với máy điều hòa hiện tại, nhưng không quá hai lần. Về lý thuyết, giá cao hơn sẽ được bù đắp bởi chi phí vận hành rẻ hơn. "Nếu một công nghệ đắt gấp đôi và sử dụng một phần tư điện, thì việc hoàn vốn đơn giản là khoảng hai năm rưỡi", Campbell giải thích.

Tuy nhiên, những người tham gia đã phải tuân thủ 7 quy tắc bổ sung, mà hầu hết được thiết kế để ngăn chặn những gì Campbell gọi là "hậu quả không lường trước được", như sử dụng quá nhiều nước hoặc khoáng chất đất hiếm, cũng như các hạn chế về đốt cháy nhiên liệu và cách nhiệt.

8 người được chọn vào vòng chung kết sẽ xây dựng các nguyên mẫu sản phẩm có thể hoạt động được cả trong phòng thí nghiệm lẫn trong điều kiện thực tế tại một khu chung cư ở Delhi. "Chúng tôi sẽ thực hiện bài kiểm tra 60 ngày vào lúc cao điểm của mùa hè ở Delhi," Campbell nói. "Ấn Độ sẽ là thị trường lớn nhất về làm mát trong 30 năm tới, từ dưới 14 triệu đơn vị điều hòa không khí hiện nay lên gần một tỷ vào năm 2050. Họ sẽ cần phải tăng gấp đôi quy mô của hệ thống điện để đạt được điều đó."

Tính đến hiện tại, cuộc thi đã thu hút hơn 2.100 người tham gia đến từ 95 quốc gia. Từ một danh sách dài gồm 139 đội, 8 người vào chung kết đã được trao 200.000 USD để phát triển các nguyên mẫu và gửi chúng đến Ấn Độ để thử nghiệm vào mùa hè năm 2020.

3 trong số 8 người này đến từ Ấn Độ, 3 người đến từ Mỹ và một người đến từ Anh, một từ Trung Quốc.

Các thiết kế đề xuất sử dụng một loạt các công nghệ, từ nén hơi đến làm mát bay hơi. Barocal, một công ty khởi nghiệp theo mô hình spin-out (công ty con phái sinh để công ty mẹ bán đi) của Đại học Cambridge, sử dụng các công nghệ làm mát trạng thái rắn thay vì chất làm lạnh lỏng truyền thống có thể bị rò rỉ theo thời gian. Trong khi đó, một đề xuất từ ​​Kraton, một công ty kỹ thuật hóa học Texan, chỉ đơn giản là sử dụng nước, hoàn toàn loại bỏ thành phần cơ học chính của máy điều hòa không khí, máy nén khí, để làm cho thiết kế có thể mở rộng hơn và giá cả phải chăng.

Những người tham gia khác thì tập trung vào những hạn chế của các máy điều hòa không khí hiện tại, chẳng hạn như thiếu kiểm soát cả nhiệt độ và độ ẩm. Thiết kế được đề xuất bởi công ty khởi nghiệp M2 Thermal Solutions của Mỹ cho phép người dùng cài đặt cả nhiệt độ cụ thể và mức độ ẩm trong phòng.

Thật khó để nói những chiếc máy mới được đề xuất này sẽ trông như thế nào trước khi các nguyên mẫu thực tế được chế tạo, nhưng có thể cho rằng chúng cũng sẽ có tính thẩm mỹ, vì hầu hết các thiết kế lọt vào danh sách dựa trên công nghệ khác biệt cơ bản so với các thiết bị truyền thống.

Người chiến thắng chung cuộc, được công bố vào tháng 11/2020, sẽ được trao 1 triệu USD tiền thưởng. Nhưng đây là khi thử thách thực sự bắt đầu: Đó là thuyết phục thế giới rằng máy điều hòa không khí truyền thống cần thay thế.

"Ngành công nghiệp điều hòa không khí hiện tại trị giá hơn 100 tỷ USD và có chuỗi giá trị được thiết lập tốt - từ sản xuất và phân phối đến hỗ trợ sau bán hàng", phó chủ tịch cấp cao của Kraton, Vijay Mhetar, cho biết."Bất kỳ thiết kế mới nào cũng cần phải có những rào cản tối thiểu cho việc chấp nhận của khách hàng và có một chuỗi cung ứng tương tự được thiết lập."

Theo Xavier Moya từ công ty Barocal và Đại học Cambridge, thách thức chính là thuyết phục mọi người mua một chiếc điều hòa dựa trên hiệu suất và tác động khí hậu, thay vì chỉ là giá của nó. "Sự thay đổi trong nhận thức của người tiêu dùng cũng có thể được hỗ trợ bằng cách giảm dần việc bán các thiết kế không bền vững với môi trường", ông nói thêm.

Nhưng tại sao điều hòa không khí lại thay đổi quá ít kể từ khi nó được phát minh từ năm 1902? Theo Ryan Melsert, Giám đốc điều hành của M2 Thermal Solutions, công ty đứng sau cuộc thi cho rằng có thể là do thái độ "khuất mắt" với sản phẩm.

"Các hệ thống này ở xung quanh chúng ta, nhưng được giấu trong các tủ và tầng hầm của ngôi nhà, hay trong các phòng tiện ích của các doanh nghiệp, hoặc dưới mui xe", ông nói. "Bởi vì chúng hiếm khi được nhìn thấy, khách hàng rất khoan dung với sự thiếu đổi mới này."

Trong cả thế kỷ qua, phần lớn các khoản đầu tư vào ngành này đã làm cho các thiết kế truyền thống trở nên rẻ hơn, theo Vijay Mhetar, mặc dù mô hình tốt nhất trên thị trường hiện nay chỉ có hiệu quả về mặt lý thuyết - tỷ lệ giữa nhiệt được loại bỏ và năng lượng sử dụng - là 14 %. Đó là mức thấp so với các công nghệ hiệu quả hơn như chiếu sáng và pin mặt trời, lần lượt là 67% và 28%, theo báo cáo của RMI.

"Chúng tôi tin rằng một bước thay đổi trong hiệu suất có thể sẽ đến từ một thiết kế hoàn toàn mới, được phát minh từ bên ngoài ngành công nghiệp," ông nói.

Theo Bảo Nam