Naukowcy wymyślili zupełnie nowy sposób chłodzenia rzeczy: ScienceAlert

Przywitaj się z chłodzeniem termojonowym. To nowy sposób na obniżenie temperatur, który może zastąpić obecne metody chłodzenia procesem, który jest bezpieczniejszy i lepszy dla planety.

Typowe systemy chłodnicze przekazują ciepło z pomieszczenia za pośrednictwem cieczy, która pochłania ciepło podczas odparowywania, przekształcając się w gaz, który jest następnie transportowany przez zamkniętą rurę i ponownie skraplany w ciecz. Choć proces ten jest skuteczny, niektóre z wybranych materiałów, których używamy jako chłodziwa, nie są szczególnie przyjazne dla środowiska.

Istnieje jednak więcej niż jeden sposób, w jaki można zmusić materiał do pochłaniania i uwalniania energii cieplnej.

Metoda zaprezentowana w zeszłym roku, opracowana przez naukowców z Lawrence Berkeley National Laboratory i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, wykorzystuje sposób, w jaki energia jest magazynowana lub uwalniana, gdy substancja zmienia fazę, na przykład gdy stały lód zamienia się w ciekłą wodę.

Podnieś temperaturę bryły lodu, a ona się stopi. Być może nie od razu zauważymy, że stopiony materiał pochłania ciepło z otoczenia, skutecznie je chłodząc.

Jednym ze sposobów wymuszenia stopienia lodu bez konieczności zwiększania ciepła jest dodanie naładowanych cząstek lub jonów. Typowym przykładem jest rozsypywanie soli na drogach, aby zapobiec oblodzeniu. Cykl jonowy wykorzystuje również sól do zmiany fazy cieczy i ochłodzenia otoczenia.

„Krajobraz czynników chłodniczych to nierozwiązany problem”. powiedział inżynier mechanik Drew Lilly Z Lawrence Berkeley National Laboratory w Kalifornii w styczniu 2023 r.

„Nikomu nie udało się opracować alternatywnego rozwiązania, które chłodzi, działa wydajnie, jest bezpieczne i nie szkodzi środowisku. Wierzymy, że termiczny cykl jonowy ma potencjał, aby osiągnąć wszystkie te cele, jeśli zostanie odpowiednio zrealizowany”.

Naukowcy sformułowali teorię termicznego cyklu jonowego, aby pokazać, w jaki sposób może ona konkurować z obecnie stosowanymi czynnikami chłodniczymi, a nawet ją poprawiać. Prąd przepływający przez układ poruszałby znajdujące się w nim jony, powodując zmianę temperatury topnienia substancji na zmianę temperatury.

Zespół przeprowadził także eksperymenty z użyciem soli jodu i sodu do rozpuszczenia węglanu etylenu. Ten powszechny rozpuszczalnik organiczny jest również stosowany w akumulatorach litowo-jonowych i jest wytwarzany przy użyciu dwutlenku węgla jako surowca. Może to sprawić, że system będzie nie tylko potencjalnym globalnym ociepleniem [global warming potential] Zerowy, ale ujemny współczynnik GWP.

Zmierzono zmianę temperatury o 25°C (45°F) po zastosowaniu w eksperymencie ładowania o wartości mniejszej niż jeden wolt, co stanowi wynik wykraczający poza to, co udało się dotychczas osiągnąć innymi technologiami kalorycznymi.

„Staramy się zrównoważyć trzy rzeczy: potencjał globalnego ocieplenia czynnika chłodniczego, efektywność energetyczną i koszt samego sprzętu”. powiedział inżynier mechanik Ravi Prasher Z Laboratorium Narodowego Lawrence Berkeley.

„Od pierwszej próby nasze dane wyglądają bardzo obiecująco we wszystkich trzech aspektach”.

Systemy sprężania pary stosowane obecnie w operacjach chłodniczych opierają się na gazach o wysokim potencjale globalnego ocieplenia, takich jak różne fluorowęglowodory (HFC).

Kraje, które podpisały poprawkę z Kigali, zobowiązały się do ograniczenia produkcji i zużycia HFC o co najmniej 80% w ciągu najbliższych 25 lat, a termiczne chłodzenie jonowe może odegrać w tym kluczową rolę.

Teraz badacze muszą przenieść technologię z laboratorium do praktycznych systemów, które można bez problemu zastosować komercyjnie i skalować. Docelowo systemy te można wykorzystać do ogrzewania i chłodzenia.

„Mamy zupełnie nowy cykl termodynamiczny i ramy, które łączą elementy z różnych dziedzin i pokazaliśmy, że może to działać”. – powiedział Brasher.

„Teraz nadszedł czas na przeprowadzenie eksperymentów w celu przetestowania różnych kombinacji materiałów i technologii, aby sprostać wyzwaniom inżynieryjnym”.

Badanie opublikowano w nauki.

Poprzednia wersja tego artykułu została opublikowana w styczniu 2023 r.