Thiết bị sấy đa năng bằng năng lượng mặt trời
ThS. Phan Văn Hiệp bên cạnh máy sấy tôm khô công suất 500 kg tôm mỗi mẻ sấy đặt tại huyện Quảng Ninh, tỉnh Quảng Bình. Nguồn: NVCC
Với hương vị thơm ngon, khô cá sặc rằn (sặc bổi) - một trong những đặc sản nổi tiếng ở miền Tây Nam Bộ, không chỉ là món ăn quen thuộc trong các bữa cơm gia đình nơi đây mà còn là món quà biếu được nhiều người ưa chuộng và tìm mua. Nhưng làm thế nào để sấy cá sặc rằn ngon không phải là bài toán đơn giản. Thậm chí, vào năm 2017, Sở KH&CN TP.HCM phải “gõ cửa” các nhà khoa học ở trường Đại học Văn Hiến để tìm lời giải cho phương pháp sấy cá sặc rằn.
“Các cơ sở sấy cá thường dùng phương pháp phơi nắng hoặc sấy máy công nghiệp. Nếu sấy máy thì thịt cá khô nhanh, nhưng sẽ không đạt độ ngọt và độ dai tự nhiên, mất màu sắc. Còn phơi nắng thì ngon hơn, nhưng phụ thuộc vào thời tiết, hơn nữa cũng không đảm bảo chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm, dễ bị nhiễm bụi bẩn và vi sinh vật”, ThS. Phan Văn Hiệp ở trường Đại học Văn Hiến cho biết. Sau khi được Sở KH&CN “chọn mặt gửi vàng”, anh và các cộng sự đã chế tạo thành công thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời có giàn sấy động để ứng dụng cho các cơ sở sấy cá tại huyện Củ Chi (TP.HCM). Kết quả ứng dụng thực tế cho thấy cá sấy bằng thiết bị này đảm bảo chất lượng, tăng năng suất và tiết kiệm chi phí hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống. Sau khoảng gần một năm triển khai, đề tài đã được nghiệm thu loại xuất sắc.
Tuy nhiên, ThS. Phan Văn Hiệp không ngờ rằng, đây chính là điểm khởi đầu cho con đường phát triển các thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời của mình. “Từ đề tài này, tôi đã nghiên cứu và cải tiến thiết bị rất nhiều, bản chất thiết bị bây giờ đã khác xa phiên bản đầu tiên năm 2017”, anh cho biết. “Thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời của tôi hiện nay có thể sấy được rất nhiều loại nguyên liệu khác nhau, từ các loại khô cá, khô mực, khô bò,... cho đến nông sản, trái cây, dược liệu, cơm cháy với độ đồng đều gần như tuyệt đối, khử tất cả các dòng vi sinh và nấm mốc, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm. Ngoài ra, thiết bị này có thể tiết kiệm lên đến 90% năng lượng so với phương pháp sấy bơm nhiệt bằng điện thông thường, và tăng đến 2000% công suất so với phơi nắng truyền thống”.
Ứng dụng bẫy nhiệt mặt trời
Việc chế tạo thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời không phải là ý tưởng mới, nhất là ở một quốc gia có số giờ nắng nhiều như Việt Nam. “Nguồn năng lượng mặt trời ở Việt Nam được thiên nhiên ban tặng rất dồi dào. Đây là nguồn năng lượng sạch và bền vững, tiết kiệm chi phí, tuy nhiên chúng ta vẫn chưa tận dụng được hiệu quả. Đây chính là lí do tôi muốn tập trung vào lĩnh vực này”, ThS. Phan Văn Hiệp nói. Giống như hầu hết các máy sấy bằng năng lượng mặt trời thông thường, thiết bị đầu tiên mà anh chế tạo để sấy cá sặc rằn cũng ứng dụng nguyên lý hiệu ứng nhà kính. Về bản chất, thiết bị này là một không gian kín được tạo thành từ các tấm kính hoặc vật liệu trong suốt. Ánh nắng mặt trời được hấp thụ qua vật liệu này, phân tán thành nhiệt lượng trong không gian, khiến nhiệt độ trong khu vực này nóng dần lên, chênh lệch khá nhiều so với môi trường bên ngoài, nhờ đó, hiệu suất sấy sẽ tăng lên so với phơi nắng thông thường.
Khi quan sát quá trình ứng dụng trong thực tế, ThS. Phan Văn Hiệp nhận thấy thiết bị này dù tốt nhưng chưa đủ. “Các thiết bị sấy năng lượng mặt trời thông thường ở dạng nhà sấy năng lượng với các vỉ sấy ngang cố định, không điều hướng được tác nhân sấy nên thường chỉ sấy được một lớp, khó tăng sản lượng sấy vì nếu tăng thì lớp phía trên khô, phía dưới vẫn chưa khô, điều này vừa ảnh hướng đến năng suất sấy, vừa ảnh hưởng đến chất lượng và độ đồng đều của sản phẩm”, anh phân tích.
Để khắc phục những hạn chế này, ThS. Phan Văn Hiệp nghĩ đến việc sử dụng bẫy nhiệt - “những vật liệu tối màu có khả năng hấp thụ nhiệt năng tốt hơn, góp phần gia nhiệt bên trong thiết bị sấy”, anh giải thích. Kỹ thuật này khá phổ biến ở Việt Nam cũng như trên thế giới, nhiều nơi đã áp dụng trong các thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời, nhờ đó hiệu quả ứng dụng năng lượng mặt trời tăng lên rõ rệt. Nếu chỉ dừng ở mức hiệu quả tương đương những gì đã có, giải pháp này hoàn toàn nằm trong tầm tay của ThS. Phan Văn Hiệp. Tuy nhiên, lối suy nghĩ luôn hướng đến hiệu quả tốt nhất trong thực tế đã dẫn anh đến với một bài toán khó hơn: Làm thế nào để thiết kế bẫy nhiệt có năng suất cao hơn so với hiện nay? “Bẫy nhiệt là ý tưởng mà tôi học hỏi từ nơi khác. Nhưng từ quan sát của mình, tôi nhận thấy giải pháp của họ vẫn còn thiếu sót, nên mới nghĩ cách cải tiến để tăng hiệu quả. Chẳng hạn như bẫy nhiệt thông thường bây giờ phải cần đến diện tích mặt bằng khá lớn thì mới đủ nhiệt cho buồng sấy với quy mô lớn. Do đó, chi phí xây dựng, lắp đặt thiết bị sẽ tăng lên rất nhiều”, anh cho biết.
Sau một thời dài mày mò nghiên cứu, anh đã cải tiến thành công “bẫy nhiệt” dùng cho thiết bị sấy của mình. “Bẫy nhiệt này được làm từ các tấm tôn sơn màu đen để tăng khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời, đồng thời uốn lượn sóng để tăng diện tích tiếp xúc, nhờ đó tăng khả năng gia nhiệt cho buồng sấy”, anh giải thích. Ngoài ra, thiết bị còn được tích hợp thêm nhiều bí quyết khác để tăng khả năng gia nhiệt - một trong những yếu tố quyết định đến hiệu suất sấy. Tiêu biểu như “buồng sấy được bao phủ bằng vật liệu polycarbonate đặc ruột có độ xuyên thấu ánh sáng đạt 95%. Do hiệu ứng nhà kính vẫn diễn ra trên bẫy nhiệt, khi ánh sáng mặt trời xuyên qua lớp polycarbonate đến tấm tôn màu đen sẽ đốt nóng không khí bên trong, luồng khí nóng này được thổi xuống buồng sấy. Hiệu quả của hiệu ứng nhà kính kết hợp bẫy nhiệt mặt trời giúp gia tăng nhiệt độ bên trong buồng sấy nhanh chóng”. Nhờ đó, thiết bị sấy của ThS. Phan Văn Hiệp không chỉ tiết kiệm không gian xây dựng, chi phí đầu tư mà còn tiết kiệm năng lượng lên đến 90% so với thiết bị sấy bơm nhiệt cùng công suất, gia tăng năng suất đến 2000% so với phơi nắng.
Một trong những cải tiến góp phần tăng hiệu quả của thiết bị là tích hợp máy tách ẩm ở ngõ vào của buồng sấy. Luồng không khí ngoài tự nhiên đi qua máy tách ẩm, lọc bụi và tách nước trước khi thổi vào buồng sấy. Giải pháp này vừa giúp quá trình sấy diễn ra nhanh hơn do luồng không khí rất khô, vừa giúp sấy được các sản phẩm ở nhiệt độ trung bình thấp nên giữ được cảm quan về màu sắc và hình thể tương đương như công nghệ sấy lạnh.
Có thể thấy rõ ưu điểm của thiết bị sấy bằng năng lượng mặt trời, nhưng nếu trong điều kiện không có nắng thì sao? “Nếu trời mưa hoặc ban đêm, ngay lập tức nó biến thành máy sấy bơm nhiệt bằng điện, giúp quá trình sấy không bị gián đoạn. Dù phải sử dụng điện nhưng nếu so với phương pháp sấy điện truyền thống, nó vẫn tiết kiệm và hiệu quả hơn rất nhiều nhờ máy tách ẩm ngõ vào giúp duy trì nhiệt độ trung bình thấp (xấp xỉ 40oC) trong buồng sấy mà không cần hỗ trợ nhiệt bằng điện trở nhiều”, ThS. Phan Văn Hiệp giải thích.
Trải rộng từ Bắc vào Nam
Việc đưa sản phẩm ra thị trường vốn là con đường dài và phức tạp, nhưng có lẽ không phải là câu chuyện của thiết bị này. Dù không hoàn toàn bằng phẳng song quá trình thương mại hóa thiết bị sấy năng lượng mặt trời đa năng của ThS. Phan Văn Hiệp diễn ra cứ “tuần tự nhi tiến”, với khởi đầu khá tình cờ. “Lúc làm xong đề tài thiết bị sấy cá sặc rằn ở Củ Chi, tôi chưa nghĩ đến thương mại hóa đâu. Nhưng khi đó, có một phóng sự ngắn đưa tin về sản phẩm này, bà con biết tin nên gọi về trường Đại học Văn Hiến rất nhiều. Khi tiếp xúc với khách hàng, tôi mới nhận ra nhu cầu khổng lồ của thị trường. Sau đó tôi mới tiến hành thương mại hóa, bắt đầu bằng việc thành lập Công ty TNHH Giải pháp Công nghệ thông minh ITS, đăng ký bảo hộ sở hữu trí tuệ các giải pháp này, đồng thời tham gia các cuộc thi về khoa học kỹ thuật và giành giải nhất cuộc thi Sáng tạo kỹ thuật Việt Nam năm 2019. Đây là những cách giúp sản phẩm được biết đến rộng rãi trên thị trường”, anh kể lại, với niềm tự hào khi “từ mũi Cà Mau cho đến Quảng Ninh hiện nay đều có thiết bị của mình”.
Quá trình ứng dụng thực tế cũng giúp ThS. Phan Văn Hiệp mở rộng tính đa năng của thiết bị. “Thiết bị này có thể sấy được nhiều nguyên liệu khác nhau bằng cách điều chỉnh thông số phù hợp với từng loại. Quá trình tìm ra bộ thông số cho mỗi đối tượng mất khá nhiều thời gian. Chúng tôi phải nghiên cứu thử nghiệm sản phẩm mới để tìm ra quy trình tối ưu. Một điều đặc biệt là chúng tôi luôn tôn trọng kinh nghiệm riêng của cơ sở sản xuất. Chẳng hạn như sấy bánh tráng, họ làm nghề nhiều năm, đã rút ra bí quyết riêng phải sấy ở tầm nhiệt độ nào, mình cho phép họ dùng kinh nghiệm đó để thử nghiệm nhập bộ thông số vào, và họ sấy được rất ngon”, anh kể lại.
Làm thế nào mà bài toán muôn thuở về thương mại hóa công nghệ từ các đề tài nghiên cứu lại được giải quyết trọn vẹn trong trường hợp này? Ngoài bám sát nhu cầu thị trường, có lẽ một trong những yếu tố quan trọng nhất là việc không ngừng cải tiến để nâng cao hiệu quả của sản phẩm. “Thiết bị của tôi sử dụng công nghệ sấy động, các sản phẩm sấy chuyển động liên tục, các thông số nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ gió,... được kiểm soát chặt chẽ bằng bảng điều khiển, giúp tăng độ đồng đều của sản phẩm và rút ngắn thời gian phơi sấy. Thiết bị cũng có khả năng khử vi sinh và nấm mốc bằng đèn cực tím dải C (UVC), không khí được lọc bụi trước khi đưa vào buồng sấy”, anh cho biết.
Do vậy, các khách hàng khi tìm đến đều dễ dàng bị thuyết phục. Chẳng hạn khi có một doanh nghiệp ở Bình Thuận đặt vấn đề sản xuất thanh long sấy xuất khẩu, anh đã phân tích: “Hiện nay họ đang thuê hai hệ thống sấy lạnh, sấy được 3 tấn/mẻ, giá đầu tư khoảng 4 tỷ đồng, chi phí vận hành một mẻ là 2,5 triệu đồng tiền điện. Trong khi đó, giải pháp của tôi cần đầu tư khoảng 700 triệu đồng, chi phí vận hành khoảng 800 ngàn đồng tiền điện, mà chất lượng so với công nghệ sấy lạnh cũng khoảng 9/10. Từ những ưu điểm đó, họ quyết định chọn thiết bị của mình, nó giúp tiết kiệm rất nhiều, đặc biệt là chi phí vận hành trong thời gian dài”.
https://khoahocphattrien.vn/
