Pascal cải tiến công nghệ bơm nhiệt 170 năm tuổi bằng vật liệu xốp mới

Bơm nhiệt và tủ lạnh, về cơ bản, vẫn vận hành dựa trên nguyên lý có từ gần hai thế kỷ trước. Startup Pascal cho rằng đã đến lúc cần một bước tiến thực sự — và họ tin mình đã tìm ra hướng đi đó với một vật liệu xốp đặc biệt.

Một phát hiện bất ngờ trong phòng thí nghiệm

Khi kết quả thí nghiệm trả về, Adam Slavney và Jinyoung Seo đã rất bối rối. Cả hai đang thử nghiệm một nhóm vật liệu mới cho tủ lạnh, điều hòa và bơm nhiệt hiệu quả hơn — bài toán mà ngành thiết bị làm lạnh theo đuổi từ lâu. Các phép đo đáng lẽ phải giống nhau, nhưng lại cho kết quả khác biệt.

"Tại sao những thứ này lại khác nhau? Chúng ta đã thay đổi điều gì?" Slavney nhớ lại câu hỏi khi đó. Phải mất khoảng ba tháng cả nhóm mới lờ mờ nhận ra manh mối, nhưng phải đến một đến hai năm sau họ mới có bằng chứng xác thực.

Nền tảng khoa học đó giờ đây là cơ sở cho Pascal, nơi Slavney giữ vai trò CEO và đồng sáng lập, còn Seo là CTO. Công ty vừa gọi vốn thành công 8,5 triệu USD trong vòng gọi vốn nối tiếp vòng hạt giống, do Sazze Partners và LB Investment đồng dẫn dắt, có sự tham gia của KDB Silicon Valley.

Theo Slavney, một chiếc tủ lạnh hay bơm nhiệt sử dụng vật liệu của Pascal hứa hẹn hiệu quả hơn khoảng 20% so với các mẫu hiện có. Đáng chú ý, startup đã ký hợp đồng với một tập đoàn đồ uống đa quốc gia để thí điểm công nghệ này.

Đội ngũ Pascal tại phòng thí nghiệm ở Massachusetts

Vì sao môi chất lạnh truyền thống đã "hết đất"

Các nhà khoa học đã tìm kiếm môi chất lạnh tốt hơn gần như suốt thời gian tủ lạnh tồn tại. Gần đây, họ tập trung vào các hợp chất không gây hại cho khí quyển. Những hợp chất như vậy có tồn tại, nhưng phải đạt hiệu quả tương đương các loại đang dùng.

Ông Slavney ví von rằng ngành này đã "chơi trò đập chuột chũi" với môi chất lạnh suốt 35–40 năm. Các loại khí cũ như Freon từng khoét thủng tầng ozone, còn những loại mới hơn như R-134a vẫn là khí nhà kính cực mạnh. "Đó là một vòng luẩn quẩn không có hồi kết", ông nhận xét.

Một hướng đi thu hút giới nghiên cứu là môi chất lạnh thể rắn. Vì ở dạng rắn, chúng không thể thoát ra khí quyển, qua đó loại bỏ lo ngại về khí hậu và tầng ozone. Chúng hoạt động tương tự môi chất truyền thống: tỏa nhiệt khi bị nén và hấp thụ nhiệt khi áp suất được giải phóng.

Cơ chế hoạt động của Pascal

Trước khi có phát hiện tình cờ, Slavney và đồng nghiệp tại Đại học Harvard đang nghiên cứu nhóm vật liệu này. Khi tiến hành các phép đo áp suất cao, thiết bị yêu cầu dùng khí. Họ đổi từ loại khí này sang loại khí khác và nhận thấy kết quả khác nhau — một dấu hiệu bất thường dẫn tới nhiều thí nghiệm bổ sung.

Thay vì nén một khối vật liệu rắn, bơm nhiệt của Pascal nén khí CO2 vào một hộp chứa vật liệu xốp do công ty tự phát triển. Khi CO2 len vào các lỗ xốp, phân tử khí va đập vào thành lỗ, truyền năng lượng cho vật liệu và làm nó nóng lên. Một bộ trao đổi nhiệt sau đó thải bớt nhiệt ra ngoài. Chạy theo chiều ngược lại, vật liệu hấp thụ năng lượng từ bộ trao đổi nhiệt và truyền cho phân tử CO2.

Mỗi tủ lạnh của Pascal vận hành hai hộp chứa cùng lúc. Một hộp hấp thụ nhiệt từ bên trong tủ và truyền cho CO2, hộp còn lại lấy nhiệt từ CO2 và thải ra không khí bên ngoài. Khi các hộp trở nên quá nóng hoặc quá lạnh, dòng chảy được đảo chiều.

"Vật liệu này rất bền. Chúng tôi đã cho nó chu trình tới 300.000 lần, tương đương khoảng một năm vận hành", Slavney cho biết.

Lợi thế chi phí và lộ trình sản phẩm

Hệ thống của Pascal truyền nhiệt hiệu quả hơn các môi chất thể rắn khác, nhờ đó công ty không cần vận hành ở áp suất cao như một số giải pháp cùng loại.

"Chúng tôi dùng các hệ thống thông thường để làm việc này. Nghĩa là chúng tôi tin có thể sản xuất với giá rẻ, và nhờ đó có thể phổ biến rộng rãi", ông Slavney nói.

Dù vậy, thách thức vẫn còn ở phía trước, đặc biệt trong khâu đưa công nghệ từ phòng thí nghiệm ra sản xuất hàng loạt đúng tiến độ. Pascal dự kiến giao nguyên mẫu đầu tiên vào đầu năm tới và hướng tới một lô tủ lạnh hoàn thiện hơn vào năm 2028.

Góc nhìn cho thị trường Việt Nam

Thông tin này đáng chú ý với người tiêu dùng và doanh nghiệp Việt Nam, nơi điều hòa và tủ lạnh là thiết bị tiêu thụ điện năng lớn nhất trong nhiều hộ gia đình và cơ sở kinh doanh. Một công nghệ làm lạnh hiệu quả hơn 20% có thể giúp giảm đáng kể hóa đơn tiền điện, đặc biệt trong bối cảnh miền Nam nóng quanh năm.

Bên cạnh đó, việc chuyển sang môi chất lạnh không phát thải khí nhà kính phù hợp với cam kết phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050 mà Việt Nam đã đưa ra. Tuy vậy, cần lưu ý rằng đây vẫn là công nghệ đang trong giai đoạn thử nghiệm, và các dòng máy đại trà có thể còn cách thị trường vài năm nữa.