เทคโนโลยีการทำความเย็นรุ่นใหม่กำลังเริ่มก้าวจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ไปสู่การทดลองใช้งานจริงในระยะเริ่มต้น นักวิจัยและบริษัท Startup ต่างมองหาวิธีการทำความเย็นให้กับอาคารโดยไม่ต้องพึ่งพาสารทำความเย็นแบบดั้งเดิม แรงผลักดันนี้เกิดขึ้นจากความต้องการแอร์ (เครื่องปรับอากาศ) ในยุโรปเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้น กำลังเผยให้เห็นถึงข้อจำกัดของทั้งระบบที่มีอยู่และอาคารที่ต้องการทำความเย็น
วิธีการใหม่เหล่านี้หลายวิธีอยู่ระหว่างการทดสอบ บางวิธีใช้โลหะที่เย็นตัวลงเมื่อถูกยืดและปล่อย บางวิธีใช้สารกึ่งตัวนำ สนามแม่เหล็ก หรือวัสดุไวต่อแรงดัน เพื่อถ่ายเทความร้อนโดยไม่ต้องใช้สารทำความเย็นทางเคมีที่ใช้ในแอร์แบบดั้งเดิม ส่วนใหญ่ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ซึ่งวิธีเหล่านี้สะท้อนให้เห็นถึงความพยายามที่เพิ่มขึ้นในการคิดใหม่เกี่ยวกับวิธีการทำงานของการทำความเย็นในระดับพื้นฐาน
ความเร่งด่วนนี้สะท้อนให้เห็นว่าสภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็ว เกินกว่าที่โครงสร้างพื้นฐานส่วนใหญ่ของยุโรปจะรับมือได้ ในช่วงปลายเดือนมิถุนายน อุณหภูมิในบางพื้นที่ของภูมิภาคสูงเกิน 40 องศาเซลเซียส ทำให้ความต้องการอุปกรณ์ทำความเย็นเพิ่มสูงขึ้น ในฝรั่งเศสผู้คนต่างเบียดเสียดกันเข้าไปในร้านค้าเพื่อซื้อเครื่องปรับอากาศแบบพกพาและพัดลมก่อนที่สินค้าจะหมด องค์การพลังงานระหว่างประเทศ (IEA: International Energy Agency) คาดการณ์ว่าภายในปี 2050 สองในสามของครัวเรือนทั่วโลกอาจมีเครื่องปรับอากาศ
ยุโรปมีครัวเรือนเพียงประมาณ 20% เท่านั้นที่ใช้เครื่องปรับอากาศ ส่วนในสหราชอาณาจักร อัตราการใช้งานอยู่ที่ประมาณ 4% แต่คาดว่าช่องว่างนี้จะแคบลงเมื่อคลื่นความร้อนเกิดขึ้นบ่อยขึ้น โดยเฉพาะในประเทศที่เครื่องปรับอากาศไม่เคยเป็นสิ่งสำคัญมาก่อน
การระบายความร้อนไม่ได้เป็นเพียงแค่เรื่องของความสะดวกสบายอีกต่อไปแล้ว เพราะส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน การนอนหลับ และสุขภาพของผู้คน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่มีอากาศร้อนจัดเป็นเวลานาน งานวิจัยหลายชิ้นเชื่อมโยงการเข้าถึงแอร์กับอัตราการเสียชีวิตที่ลดลง ในช่วงที่มีอากาศร้อนจัด รวมถึงการประมาณการว่าสามารถป้องกันการเสียชีวิตก่อนวัยอันควร ในกลุ่มผู้ที่มีอายุมากกว่า 65 ปี ได้เกือบ 200,000 รายทั่วโลกในปี 2019
ในขณะเดียวกัน การขยายขนาดระบบปรับอากาศแบบดั้งเดิมก็เผชิญกับความท้าทายหลายประการ ระบบส่วนใหญ่ยังคงใช้สารทำความเย็นที่หมุนเวียนระหว่างของเหลวและก๊าซเพื่อถ่ายเทความร้อน แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพ แต่ก็ใช้พลังงานสูงและก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อม การทำความเย็นคิดเป็นประมาณ 3% ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก และคาดว่าความต้องการใช้ไฟฟ้าในการทำความเย็นจะเพิ่มขึ้นมากกว่าสามเท่าภายในปี 2050
Fabian Voswinkel นักวิเคราะห์นโยบายด้านประสิทธิภาพพลังงาน IEA กล่าวว่า สารทำความเย็นเองกำลังถูกตรวจสอบอย่างเข้มงวดมากขึ้น ก๊าซฟลูออริเนตซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน อาจส่งผลกระทบต่อภาวะโลกร้อนมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์หลายพันเท่าหากเกิดการรั่วไหล สหภาพยุโรปได้เริ่มดำเนินการเลิกใช้ก๊าซเหล่านี้ในปี 2024 ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เครื่องปรับอากาศ (แอร์) และปั๊มความร้อนที่ใช้ก๊าซเหล่านี้จะไม่สามารถวางจำหน่ายในประเทศได้ ส่วนทางเลือกอื่น เช่น โพรเพน และแอมโมเนีย มีให้เลือกใช้ แต่ก็มีข้อเสีย เช่น ความไวไฟและความเป็นพิษ เป็นต้น
ข้อจำกัดเหล่านี้ กำลังผลักดันให้นักวิจัยหันไปใช้เทคโนโลยีการทำความเย็นแบบโซลิดสเตท (Solid-state) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีประเภทหนึ่งที่ขจัดความจำเป็นในการใช้สารทำความเย็นโดยสิ้นเชิง ระบบเหล่านี้อาศัยวัสดุที่เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเมื่อสัมผัสกับแรงภายนอก เช่น แรงทางกล กระแสไฟฟ้า หรือสนามแม่เหล็กแทน
อุปกรณ์สาธิตอิลาสโตแคลอริกที่แสดงองค์ประกอบนิกเกล-ไทเทเนียมและระบบระบายความร้อน ภาพจาก techspot
ที่ Saarland University ในประเทศเยอรมนี นักวิจัยกำลังทดสอบโลหะผสมนิกเกล-ไทเทเนียม ที่สร้างผลในการทำความเย็นเมื่อถูกยืดและปล่อย ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการทำความเย็นแบบอิลาสโตแคลอริก (elastocaloric cooling) ผลการทดสอบเบื้องต้นชี้ให้เห็นว่า วิธีการนี้สามารถลดอุณหภูมิภายในอาคารได้ 5 - 10 องศาเซลเซียส และทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าระบบแบบดั้งเดิม
ทีมงานที่นำโดย Paul Motzki กำลังทำงานร่วมกับบริษัท Exergyn จากไอร์แลนด์ เพื่อพัฒนาระบบปั๊มความร้อนที่ไม่ต้องใช้สารทำความเย็น และคาดว่าจะเริ่มนำไปใช้งานในอาคารใหม่ได้ภายในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า Motzki กล่าวว่า เทคโนโลยีนี้ อาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ หรือแม้แต่การเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ เพราะเทคโนโลยีนี้แตกต่างจากระบบทำความเย็นแบบเดิมอย่างมาก
บริษัทอื่น ๆ ก็กำลังทดสอบแนวทางที่แตกต่างกันออกไป Mimic Systems กำลังทดสอบปั๊มความร้อนแบบใช้เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งใช้กระแสไฟฟ้าในการเคลื่อนย้ายความร้อน โดยมีต้นแบบติดตั้งอยู่ในอพาร์ตเมนต์แห่งหนึ่งในแวนคูเวอร์ ประเทศแคนาดา บริษัท Magnotherm จากประเทศเยอรมนี กำลังพัฒนาระบบทำความเย็นที่อาศัยสนามแม่เหล็ก และวางแผนที่จะทดสอบในเครือซูเปอร์มาร์เก็ตแห่งหนึ่งในเยอรมนีก่อนที่จะขยายไปสู่ระบบปรับอากาศ ในสหราชอาณาจักร บริษัท Barocal ที่แยกตัวออกมาจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ กำลังทำงานเกี่ยวกับผลึกพลาสติกที่ปล่อยความร้อนเมื่อถูกบีบอัด และได้ระดมทุนเริ่มต้นไปแล้ว 10 ล้านดอลลาร์สหรัฐ
แม้จะมีเทคโนโลยีใหม่ ๆ แต่ความต้องการการทำความเย็นที่เพิ่มขึ้น ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยอุปกรณ์เพียงอย่างเดียว อาคารส่วนใหญ่ในยุโรปถูกออกแบบมาเพื่อกักเก็บความร้อน และพื้นที่เมืองที่มีความหนาแน่นสูงมักจะกักเก็บความร้อนไว้ นักวิจัยและผู้กำหนดนโยบายจึงมีการเรียกร้องมากขึ้นเรื่อย ๆ ให้มี “ลำดับความสำคัญของการทำความเย็น” ที่ให้ความสำคัญกับการลดการสะสมความร้อนผ่านมาตรการด้านการออกแบบ เช่น การบังแดด การระบายอากาศ และวัสดุสะท้อนแสง ก่อนที่จะหันไปพึ่งแอร์อย่างเดียว
บางเมืองเริ่มทดลองใช้โซลูชันด้านโครงสร้างพื้นฐานที่ครอบคลุมมากขึ้นแล้ว ปารีสได้ขยายเครือข่ายระบบทำความเย็นส่วนกลาง ซึ่งหมุนเวียนน้ำเย็นจากแม่น้ำผ่านท่อใต้ดินเพื่อทำความเย็นให้กับอาคารสาธารณะ ซึ่งความพยายามดังกล่าวสะท้อนให้เห็นถึงการตระหนักรู้ที่เพิ่มมากขึ้นว่า การปรับตัวให้เข้ากับอุณหภูมิที่สูงขึ้นนั้นจำเป็นต้องมีการวางแผนที่ประสานงานกันมากขึ้น เพื่อรับมือกับสภาวะโลกเดือดในปัจจุบัน
อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
ที่มาข้อมูล : techspot
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
