Những sự thật thú vị về đá khô có thể bạn chưa biết

Đá khô là dạng rắn của khí carbon dioxide (CO2). Không giống như các loại đá lạnh khác, đá khô không tan chảy thành nước mà chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể khí thông qua quá trình gọi là thăng hoa. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những sự thật thú vị về đá khô nhé!

Từ những thùng vaccine được vận chuyển xuyên lục địa, các lô hải sản đông lạnh cần giữ nguyên độ tươi, cho đến những màn sương trắng huyền ảo trên sân khấu biểu diễn, tất cả đều có thể có sự góp mặt của đá khô. Loại vật liệu đặc biệt này còn được ứng dụng trong vệ sinh công nghiệp, bảo quản mẫu nghiên cứu, vận chuyển dược phẩm và nhiều lĩnh vực đòi hỏi khả năng làm lạnh sâu đồng thời yêu cầu kiểm soát độ ẩm nghiêm ngặt.

Đá khô là gì?

Ảnh minh họa.

Đá khô là dạng rắn của khí carbon dioxide (CO2). Cái tên “đá khô” bắt nguồn từ khả năng làm lạnh của nó nhưng lại không tan thành nước như đá lạnh thông thường khác mà bỏ qua hoàn toàn pha lỏng và chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể khí thông qua quá trình gọi là thăng hoa. Nói một cách đơn giản, khi một viên nước đá tan chảy chúng ta sẽ thấy nước đọng lại xung quanh. Ngược lại, đá khô không tạo ra bất kỳ giọt nước nào mà sau một thời gian, khối đá đơn giản là nhỏ dần rồi biến mất hoàn toàn. Điều này mang lại nhiều lợi ích trong thực tế bởi:

• Không làm ướt sản phẩm hoặc bao bì.
• Không gây ăn mòn thiết bị điện tử.
• Không phát sinh nước thải cần xử lý.
• Giữ môi trường làm việc sạch sẽ hơn.

Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của đá khô chính là nhiệt độ cực thấp, khoảng -78,5°C (tương đương -109,3°F). Để dễ hình dung, nhiệt độ này thấp hơn khoảng 60°C so với ngăn đông của tủ lạnh gia đình, vốn thường chỉ duy trì ở mức khoảng -18°C. Với nền nhiệt sâu như vậy, vật liệu này có khả năng hấp thụ lượng nhiệt lớn từ môi trường xung quanh giúp làm lạnh nhanh và duy trì nhiệt độ ổn định trong thời gian dài. So với nước đá thông thường, hiệu quả làm lạnh của đá khô cao hơn đáng kể khi tính trên cùng một khối lượng, chính điều này đã biến đá khô trở thành một cái tên rất quen thuộc trong thế giới của các vật liệu làm lạnh.

Ngoài khả năng làm lạnh, nhiệt độ của đá khô còn tạo nên hiệu ứng sương mù đặc trưng thường thấy trong các sân khấu biểu diễn, tiệc cưới hoặc sự kiện. Khi đá khô thăng hoa, nó làm lạnh nhanh lớp không khí xung quanh khiến hơi nước trong không khí ngưng tụ thành những hạt li ti tạo nên màn sương trắng dày đặc. Điều thú vị là lớp sương này không phải khí carbon dioxide, bởi carbon dioxide vốn là khí không màu và mắt người không thể quan sát được. Thứ chúng ta nhìn thấy thực chất chỉ là hơi nước đã được ngưng tụ nhờ nhiệt độ cực thấp của đá khô.

Quy trình sản xuất đá khô

Đá khô được sản xuất từ khí CO2 thông qua quy trình nén và làm lạnh. Ban đầu, khí CO2 được nén ở áp suất cao để chuyển sang trạng thái lỏng, sau đó được giảm áp đột ngột khiến một phần bay hơi và phần còn lại nhanh chóng đông đặc thành các hạt "tuyết CO2". Lượng tuyết này tiếp tục được nén bằng máy ép chuyên dụng để tạo thành các viên, thanh hoặc khối đá khô với nhiều kích thước khác nhau, đáp ứng nhu cầu bảo quản, làm lạnh và vệ sinh công nghiệp.

Vì sao đá khô thăng hoa nhanh?

Không giống như nước đá tan chảy thành chất lỏng, đá khô chuyển trực tiếp từ thể rắn sang thể khí thông qua quá trình thăng hoa. Hiện tượng này diễn ra liên tục ngay khi đá khô tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ cao hơn -78,5°C, khiến khối đá nhỏ dần theo thời gian cho đến khi biến mất hoàn toàn.

Tốc độ thăng hoa của vật liệu này không cố định mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ môi trường, khả năng cách nhiệt của thùng bảo quản, diện tích bề mặt của khối đá và tần suất mở nắp thùng chứa. Trong điều kiện bảo quản bằng thùng cách nhiệt tiêu chuẩn, đá khô thường hao hụt khoảng 2,3 đến 4,5 kg trong vòng 24 giờ. Do luôn không ngừng thăng hoa, đá khô có thời gian sử dụng khá ngắn và không thích hợp để lưu trữ trong thời gian dài.

Một đặc điểm đáng chú ý khác là thể tích của khí CO2 sau khi thăng hoa lớn hơn rất nhiều so với thể tích của khối đá ban đầu (1kg đá khô khi thăng hoa hoàn toàn có thể tạo ra hàng trăm lít khí CO2). Vì thế, khi chuyển hoàn toàn sang thể khí ở nhiệt độ phòng, lượng CO₂ sinh ra sẽ nhanh chóng lan tỏa trong không gian. Nếu quá trình này diễn ra trong khu vực kín, nồng độ carbon dioxide có thể tăng cao, làm giảm lượng oxy trong không khí và tiềm ẩn nguy cơ ngạt thở.

Chính vì vậy, đá khô cần được bảo quản trong các thùng chứa chuyên dụng có khả năng cách nhiệt tốt nhưng vẫn cho phép khí CO2 thoát ra ngoài một cách an toàn. Tuyệt đối không bảo quản đá khô trong bình hoặc hộp kín hoàn toàn, bởi áp suất do khí tích tụ có thể tăng lên nhanh chóng và gây nứt vỡ hoặc phát nổ thùng chứa. Đồng thời, khu vực lưu trữ cũng cần thông thoáng để tránh khí CO2 tích tụ ở nồng độ cao, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Khi đá khô thăng hoa, nó làm lạnh nhanh lớp không khí xung quanh khiến hơi nước trong không khí ngưng tụ thành những hạt li ti tạo nên màn sương trắng dày đặc, tạo nên khung cảnh huyền ảo cho các sân khấu và không gian sự kiện mà không làm ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử. Ảnh: Bakersgas.

Những ứng dụng quan trọng của đá khô trong công nghiệp

Với khả năng làm lạnh tuyệt vời, quan trọng là nó không cần nguồn điện để duy trì khả năng làm lạnh giúp đá khô trở thành một trong những giải pháp làm lạnh hiệu quả nhất hiện nay. Trong đó, phải kể đến vai trò quyết định trong việc bảo quản các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt. Từ vaccine, dược phẩm sinh học, mẫu xét nghiệm đến thực phẩm đông lạnh, tất cả đều cần được duy trì trong điều kiện lạnh liên tục để hạn chế suy giảm chất lượng hoặc biến đổi đặc tính trong quá trình lưu kho và vận chuyển.

• Bảo quản thực phẩm: Đá khô được sử dụng rộng rãi để vận chuyển hải sản đông lạnh, thịt, gia cầm, kem, thực phẩm đông lạnh và suất ăn chế biến sẵn. Khả năng duy trì nhiệt độ thấp giúp sản phẩm giữ được chất lượng, kết cấu và độ tươi trong suốt quá trình vận chuyển.
• Ngành dược phẩm và y sinh: Nhiều loại vaccine, chế phẩm sinh học và mẫu xét nghiệm yêu cầu môi trường nhiệt độ cực thấp. Đá khô đóng vai trò như một nguồn lạnh thụ động đáng tin cậy, giúp đảm bảo tính ổn định của sản phẩm từ nhà sản xuất đến người sử dụng.
• Làm sạch bằng phun đá khô: Công nghệ Dry Ice Blasting sử dụng các hạt đá khô được tăng tốc bằng khí nén để làm sạch bề mặt thiết bị. Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm như: không gây gỉ sét, không hóa chất độc hại, không để lại chất thải thứ cấp, hạn chế mài mòn bề mặt,… nên được ứng dụng trong ngành điện và điện tử, thực phẩm, ô tô và sản xuất công nghiệp.
• Phòng thí nghiệm và nghiên cứu khoa học: Các phòng nghiên cứu thường sử dụng đá khô để bảo quản mẫu sinh học, tạo môi trường nhiệt độ thấp cho thí nghiệm, hỗ trợ hệ thống chân không và vận chuyển mẫu nghiên cứu. Nhờ chi phí thấp hơn so với nhiều môi chất lạnh chuyên dụng giúp đá khô trở thành lựa chọn phổ biến trong các cơ sở nghiên cứu.
• Phim trường, sân khấu và sự kiện: Những màn sương trắng lan sát mặt đất trong các chương trình biểu diễn thường được tạo ra từ đá khô. Hiệu ứng này giúp tăng tính thẩm mỹ mà không làm ướt sân khấu hay ảnh hưởng đến thiết bị điện tử xung quanh.