Wetenschappers hebben een revolutionaire nieuwe koelmethode ontwikkeld, ionocalorische koeling genaamd, die een potentieel veiliger en milieuvriendelijker alternatief biedt voor traditionele systemen. Deze doorbraak, ontwikkeld door onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory en de University of California, Berkeley, zou een nieuwe vorm kunnen geven aan de manier waarop we alles koelen, van huizen tot industriële processen.
Het probleem met de huidige koeling
Traditionele koeling is afhankelijk van vloeistoffen die warmte absorberen als ze verdampen en deze weer vrijgeven bij condensatie – een proces dat effectief is, maar vaak gebruik maakt van schadelijke koelmiddelen. Veel van deze stoffen hebben een hoog aardopwarmingsvermogen (GWP), wat bijdraagt aan de klimaatverandering. Het Kigali-amendement verplicht landen ertoe de productie van deze schadelijke fluorkoolwaterstoffen (HFK’s) drastisch te verminderen, waardoor er een dringende behoefte ontstaat aan haalbare alternatieven.
Hoe ionocalorische koeling werkt
Ionocalorische koeling maakt gebruik van de warmteabsorptie of -afgifte die optreedt wanneer een materiaal van fase verandert, zoals het smelten van ijs. In tegenstelling tot traditionele methoden is het niet afhankelijk van verdamping of compressie. In plaats daarvan gebruikt het ionen (geladen deeltjes) om het smeltpunt van een materiaal te manipuleren. Het toevoegen van zout aan wegen in de winter om ijsvorming te voorkomen is een bekend voorbeeld van dit principe in actie.
Het kernidee houdt in dat een vloeistof door faseveranderingen wordt geleid met behulp van een elektrische stroom om ionen te verplaatsen, waardoor de temperatuur effectief wordt verschoven. Onderzoekers testten deze aanpak met behulp van jodium- en natriumzouten met ethyleencarbonaat, een oplosmiddel dat ook in lithium-ionbatterijen wordt gebruikt. Dit systeem zou met name ‘GWP-negatief’ kunnen zijn omdat de productie van ethyleencarbonaat koolstofdioxide als input gebruikt.
Belangrijkste bevindingen en prestaties
Experimenten hebben een temperatuurverschuiving van 25°C (45°F) aangetoond bij gebruik van minder dan één volt lading, waarmee de efficiëntie van andere ‘calorische’ technologieën (die afhankelijk zijn van warmteveranderingen in materialen) wordt overtroffen. Uit het onderzoek, gepubliceerd in Science, blijkt dat deze cyclus de prestaties van de huidige koudemiddelen zou kunnen evenaren of zelfs overtreffen.
Opschaling en toekomstige ontwikkeling
De grootste uitdaging is nu om deze technologie van het laboratorium naar commerciële levensvatbaarheid te brengen. Onderzoekers testen actief verschillende zoutcombinaties om de prestaties te optimaliseren. Een apart team heeft al bevindingen gepubliceerd over een zeer efficiënt systeem dat gebruik maakt van op nitraat gebaseerde zouten, gerecycled met behulp van elektrische velden en membranen.
“We hebben een gloednieuwe thermodynamische cyclus en een raamwerk dat elementen uit verschillende vakgebieden samenbrengt, en we hebben laten zien dat het kan werken,” zei Prasher. “Nu is het tijd voor experimenten om verschillende combinaties van materialen en technieken te testen om de technische uitdagingen aan te gaan.”
Dit onderzoek is een belangrijke stap richting duurzame koeloplossingen. Indien succesvol geschaald, zou ionocalorische koeling niet alleen kunnen voldoen aan de bestaande normen op het gebied van efficiëntie, veiligheid en impact op het milieu, maar deze zelfs kunnen overtreffen.
