Naukowcy opracowali nową, rewolucyjną metodę chłodzenia, znaną jako chłodzenie jonowo-kaloryczne, która może stanowić bezpieczniejszą i bardziej przyjazną dla środowiska alternatywę dla tradycyjnych systemów. Ten przełom, kierowany przez naukowców z Lawrence Berkeley National Laboratory i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, może zrewolucjonizować sposób, w jaki chłodzimy wszystko, od domów po procesy przemysłowe.
Problemy współczesnego chłodzenia
Tradycyjne chłodzenie opiera się na cieczach, które pochłaniają ciepło poprzez parowanie i uwalniają je w wyniku kondensacji – jest to wydajny proces, w którym często wykorzystuje się szkodliwe czynniki chłodnicze. Wiele z tych substancji ma wysoki potencjał tworzenia efektu cieplarnianego (GWP), przyczyniając się do zmiany klimatu. Poprawka z Kigali zobowiązuje kraje do drastycznego ograniczenia produkcji tych szkodliwych wodorofluorowęglowodorów (HFC), co stwarza pilną potrzebę opracowania realnych alternatyw.
Jak działa chłodzenie jonowo-kaloryczne
Chłodzenie jonokaloryczne wykorzystuje absorpcję lub uwalnianie ciepła, które ma miejsce, gdy materiał zmienia fazę, na przykład podczas topnienia lodu. W przeciwieństwie do metod tradycyjnych nie opiera się na odparowaniu ani kompresji. Zamiast tego wykorzystuje jony (naładowane cząstki) do kontrolowania temperatury topnienia materiału. Dodawanie soli do dróg zimą, aby zapobiec tworzeniu się lodu, jest znanym przykładem zastosowania tej zasady.
Podstawową ideą jest cykliczne zmienianie fazy cieczy za pomocą prądu elektrycznego do przemieszczania jonów, skutecznie zmieniając temperaturę. Naukowcy przetestowali to podejście, używając soli jodu i sodu z węglanem etylenu, rozpuszczalnikiem stosowanym również w akumulatorach litowo-jonowych. W szczególności ten system może mieć „ujemny współczynnik GWP”, ponieważ do produkcji węglanu etylenu jako surowiec wykorzystuje się dwutlenek węgla.
Kluczowe wyniki i wydajność
Eksperymenty wykazały zmianę temperatury o 25°C (45°F) przy użyciu ładunku mniejszego niż jeden wolt, co przewyższa inne technologie „kaloryczne” (które opierają się na zmianach ciepła w materiałach). Badanie opublikowane w czasopiśmie Science pokazuje, że cykl ten może dorównać lub nawet przekroczyć wydajność nowoczesnych czynników chłodniczych.
Skalowanie i przyszły rozwój
Największym wyzwaniem jest obecnie przeniesienie tej technologii z laboratorium do zastosowań komercyjnych. Naukowcy aktywnie testują różne kombinacje soli, aby zoptymalizować działanie. Odrębna grupa opublikowała już wyniki dotyczące wysoce wydajnego systemu wykorzystującego sole azotanowe przetwarzane za pomocą pól elektrycznych i membran.
„Mamy zupełnie nowy cykl termodynamiczny i ramy, które łączą elementy z różnych dziedzin i pokazaliśmy, że to działa” – powiedział Prasher. „Teraz nadszedł czas na eksperymenty w celu przetestowania różnych kombinacji materiałów i metod rozwiązywania problemów inżynieryjnych”.
Badania te stanowią znaczący krok w kierunku zrównoważonych rozwiązań chłodniczych. Jeśli uda się zwiększyć skalę, chłodzenie jonowo-kaloryczne może nie tylko spełnić, ale nawet przekroczyć istniejące standardy w zakresie wydajności, bezpieczeństwa i wpływu na środowisko.
