Một vật liệu cách đây hàng nghìn năm hỗ trợ chuyển đổi năng lượng xanh

Trong một nghiên cứu được công bố gần đây, các nhà nghiên cứu từ Khoa Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường Đại học Stanford (Mỹ) chỉ ra rằng gạch chịu lửa, một giải pháp cổ xưa để giữ nhiệt, có thể hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng hiện nay.

Tiến sĩ Daniel Sambor, một tác giả của nghiên cứu này, cho hay, gạch chịu lửa có thể chịu được nhiệt độ cao mà không bị hư hại, đây là phương pháp được sử dụng trong hàng nghìn năm, có thể là từ thời kỳ đầu của thời đại đồ đồng. Có 2 loại gạch chịu lửa để giữ nhiệt và cách nhiệt. 

Gạch chịu lửa để lưu trữ nhiệt phải có nhiệt dung riêng cao và nhiệt độ nóng chảy cao. Các vật liệu chịu lửa giá rẻ có các đặc tính này là alumina và magnesia hoặc than chì cấp thấp. 

Gạch chịu lửa cách nhiệt phải chịu được nhiệt độ cao nhưng có độ dẫn nhiệt thấp để chống lại dòng nhiệt và hấp thụ nhiệt chậm từ môi trường xung quanh. Silica có độ dẫn nhiệt thấp nên thường được sử dụng trong các loại gạch chịu lửa này.

Quy trình giữ nhiệt gồm gạch chịu lửa giữ nhiệt, sau đó tới một lớp gạch có khả năng cách nhiệt và tiếp theo là thép để giảm nhiệt lượng thất thoát. Nhiệt quy trình có thể được lấy từ gạch chịu lửa bằng cách dẫn không khí xung quanh hoặc không khí tái chế qua các kênh trong gạch để tạo ra không khí có nhiệt độ từ thấp đến cao hoặc thu được từ việc phát xạ bức xạ hồng ngoại trực tiếp từ gạch nóng đỏ. Sử dụng gạch chịu lửa giúp giảm nhu cầu lưu trữ bằng pin hoặc hydro xanh của điện tái tạo.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình máy tính để so sánh chi phí, nhu cầu đất đai, tác động đến sức khỏe và khí thải cho hai kịch bản: dùng gạch chịu lửa cung cấp 90% nhiệt lượng cho quy trình công nghiệp và không sử dụng gạch chịu lửa.

Mark Jacobson, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Trường Phát triển Bền vững Doerr của ĐH Stanford, đồng thời là tác giả chính nghiên cứu, cho biết gạch chịu lửa cho phép chuyển đổi sang năng lượng tái tạo nhanh hơn và ít tốn kém hơn. Điều đó giúp ích cho con người về mặt sức khỏe, khí hậu, việc làm và an ninh năng lượng.

Gạch chịu lửa làm giảm nhu cầu lưu trữ năng lượng từ pin khoảng 14,5%, sản lượng hydro hàng năm cho lưới điện khoảng 27,3%, nhu cầu về đất đai khoảng 0,4% và tổng chi phí năng lượng hàng năm khoảng 1,8%. Với 149 quốc gia, việc sử dụng gạch chịu lửa có thể cắt giảm chi phí lên tới 1,27 tỷ USD vào năm 2050.

Theo Jacobson, gạch chịu lửa lưu trữ nhiệt có giá thành bằng một phần mười pin. Các vật liệu cũng đơn giản hơn nhiều. Về cơ bản, chúng chỉ là các thành phần của đất. Các nhà nghiên cứu cho biết, việc sử dụng gạch chịu lửa hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo một cách đơn giản và chi phí thấp.