Giành học bổng của Nhật bản với nghiên cứu chống nóng, bảo vệ môi trường

Phạm Thị Hồng hiện đang là nghiên cứu sinh ngành Vật lý chất rắn, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (ĐHQGHN).

Nghiên cứu sinh Phạm Thị Hồng trong phòng lab

Từ khi còn học phổ thông, Hồng đã có niềm đam mê Vật lý và quyết định theo học tại Trường ĐH Khoa học Tự nhiên. Trong 4 năm học ĐH, niềm đam mê khoa học ngày càng lớn hơn khi Hồng tham gia các lớp học và làm khóa luận tốt nghiệp, được tiếp xúc với nhiều dự án khoa học hấp dẫn và được học hỏi rất nhiều các kĩ năng nghiên cứu khi cùng làm việc với các thầy cô tại trường.

Vì vậy, cô tiếp tục học lên cao hơn và tham gia các dự án khoa học cùng các thầy cô, hướng dẫn sinh viên và trao đổi nghiên cứu khoa học ở nước ngoài để thỏa mãn niềm đam mê khoa học. Đồng thời, cũng hy vọng các kết quả nghiên cứu khoa học cơ bản được khai thác vào ứng dụng thực tiễn.

Nhận thấy nhu cầu sử dụng điện để làm mát không khí vào mùa hè là rất cao, trong khi đó tình trạng thiếu điện cho sinh hoạt ngày càng gia tăng.

Hầu hết các gia đình, doanh nghiệp, công sở đều lựa chọn các thiết bị làm mát không khí như điều hòa, quạt điều hòa. Vì vậy, năng lượng tiêu thụ điện tăng mạnh vào mùa hè dẫn đến tình trạng thiếu điện và ảnh hưởng đến môi trường. Các nhà nghiên cứu tính toán rằng, điều hòa không khí là nguyên nhân thải ra tương đương 1.950 triệu tấn carbon dioxide (CO2) mỗi năm, tương đương 3,94% lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu. Vấn đề nóng lên toàn cầu đang là vấn đề nghiêm trọng, được quan tâm của mọi quốc gia trên thế giới và Việt Nam.

Để giải quyết vấn đề này, Phạm Thị Hồng và các cộng sự đề xuất đề tài “Nghiên cứu hiệu ứng làm mát bức xạ sử dụng vật liệu thuần điện môi định hướng ứng dụng” với mục đích là giảm tiêu thụ điện năng cho việc làm mát không khí, giảm lượng khí thải CO2 trong môi trường do thiết bị làm mát gây ra và tạo môi trường mát cho mọi người trong mùa hè.

Mục tiêu của đề tài là tìm ra vật liệu làm mát bề mặt mà không tiêu hao năng lượng. Từ đó, lớp phủ làm mát giúp giảm chi phí làm mát cho các công trình xây dựng tiết kiệm điện lên tới 30%. Vì vậy, vật liệu làm mát thụ động sẽ giúp tiết kiệm năng lượng làm mát, đặc biệt vào mùa hè khi nhu cầu điện tăng cao.

Năm 2023, tình trạng thiếu điện trầm trọng, trong khi nhu cầu làm mát không khí sẽ cao trong mùa hè. Lớp phủ làm mát thụ động sẽ giúp tiết kiệm chi phí làm mát. Bài toán cần giải quyết là giảm lượng khí thải CO2 và điện năng tiêu thụ để làm mát không khí. Hơn nữa, vật liệu làm mát bức xạ đóng góp trong mục tiêu “Net Zero” trên toàn thế giới và giảm chứng chỉ carbon-neutral để bảo vệ môi trường. Khi vấn đề này được giải quyết, nhiều người đã có được không gian sống thoải mái trong mùa hè.

Trong hai năm nghiên cứu đề tài này, nhóm nghiên cứu của Hồng đã thành công với các sản phẩm làm mát thụ động dựa trên các hạt có kích thước khác nhau trộn trong nền nhựa acrylic. Nó có khả năng phản xạ hoàn toàn đến 98% năng lượng bức xạ mặt trời chiếu đến trong vùng bước sóng từ 0.3 - 2.5 μm và bức xạ chọn lọc đến 93% trong vùng trong suốt của khí quyển trong vùng bước sóng từ 8 - 13 μm.

Do đó, nhiệt độ bề mặt được phủ lớp làm mát thụ động xấp xỉ bằng nhiệt độ bóng râm vào ban ngày và thấp hơn nhiệt độ không khí từ 2 –8o C vào ban đêm. Từ kết quả này, nhóm khẳng định rằng vật liệu làm mát thụ động sẽ là một giải pháp chống nóng và làm mát vào mùa hè. Nhóm tin tưởng rằng, lớp phủ làm mát đóng góp giảm tiêu thụ điện năng và khí thải CO2, bảo vệ môi trường. Hơn nữa, vật liệu này không có khí thải như chlorofluorocarbons (CFC) và hydrochlorofluorocarbons (HCFC) gây ô nhiễm từ máy điều hòa không khí và làm hỏng tầng ozone. Từ đó, vật liệu làm mát thụ động đóng góp vào vấn đề bảo vệ môi trường. Đồng thời, vật liệu này không tốn năng lượng nên có khả năng ứng dụng trong phạm vi rộng và có thể phủ lên các bề mặt khác nhau như tôn, tường, gỗ, xi măng… cũng như thi công dễ dàng.

Do đó, vật liệu làm mát có thể được sử dụng cho các nhà dân ở các khu vực có khí hậu nóng, khắc nghiệt, người dân ở vùng sâu, vùng xa có nền kinh tế khó khăn; được sử dụng để giải quyết vấn đề làm mát cho vật nuôi, giúp cải thiện năng suất sản xuất chăn nuôi.

Mặt khác, vật liệu làm mát có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ không khí vào ban đêm từ 2 - 5oC. Đây sẽ là kết quả đầy tiềm năng trong việc ứng dụng thu nước sạch từ thiên nhiên. Do bề mặt có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ không khí dưới bóng râm, nó có khả năng ngưng tụ hơi nước vào ban đêm. Thí nghiệm này rất phù hợp đối với vùng cao nơi thiếu nước sinh hoạt và tưới tiêu, hoặc nơi đảo xa nơi thiếu nguồn nước ngọt.

Vì vậy, Hồng và cộng sự đang xây dựng và thiết kế thiết bị thu nước, dự kiến kết quả là 2-3 lít nước trong 1 đêm. Nguồn nước này cung cấp nước tưới tiêu cho người dân hoặc qua bộ lọc để thành sản phẩm nước uống hàng ngày. Đây sẽ là giải pháp đầy tiềm năng trong việc giải quyết vấn đề thiếu hụt nguồn nước sạch ở vùng đảo và vùng cao.

Hồng chia sẻ do một số phép đo trong quá trình làm nghiên cứu phải thực hiện ở nước ngoài với chi phí cao nên Hồng sẽ dùng học bổng này một phần làm học phí, một phần chi trả cho đo đạc các mẫu thí nghiệm.

Hồng khẳng định sẽ tiếp tục con đường nghiên cứu khoa học và tìm ra nhiều loại vật liệu có ứng dụng thực tiễn cao. Mục tiêu là đưa các sản phẩm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm có thể thương mại hóa và có ứng dụng thực tiễn cao.

Nghiêm Huê