Учени изобретиха изцяло нов начин за охлаждане

Кажете „здравей“ на йонокалоричното охлаждане. Това е нов начин за понижаване на температурата, който може да замени съществуващите методи за охлаждане с процес, който е по-безопасен и по-добър за планетата.

Типичните охладителни системи пренасят топлина от дадено пространство чрез течност, която абсорбира топлина, докато се изпарява в газ, който след това преминава през затворена тръба и се кондензира обратно в течност. Колкото и ефективен да е този процес, някои от избраните материали, които използваме като хладилни агенти са особено неблагоприятни за околната среда. Има обаче повече от един начин, по който дадено вещество може да бъде принудено да поглъща и отделя топлинна енергия.

Представено миналата година, йонокалоричното охлаждане, разработено от изследователи от Националната лаборатория „Лорънс Бъркли“ и Калифорнийския университет в Бъркли се възползва от начина, по който енергията се съхранява или освобождава, когато даден материал променя фазата си, както например когато твърд лед се превръща в течна вода.

Ако повишите температурата на леден блок, той ще се разтопи. Това, което може би не забелязвате толкова лесно е, че топенето абсорбира топлина от заобикалящата го среда, като ефективно я охлажда.

Илюстрация на концепцията за йонокалоричния цикъл. (Джени Нус/Лаборатория Бъркли)Един от начините да накараме леда да се разтопи без да е необходимо да увеличаваме температурата е да добавим няколко заредени частици или йони. Поставянето на сол по пътищата, за да се предотврати образуването на лед е често срещан пример за това в действие. Йонокалоричният цикъл също използва солта, за да промени фазата на флуида и да охлади заобикалящата го среда.

„Пейзажът на хладилните агенти е нерешен проблем. Никой не е разработил успешно алтернативно решение, което да прави нещата студени, да работи ефективно, да е безопасно и да не вреди на околната среда. Смятаме, че йонокалоричният цикъл има потенциала да изпълни всички тези цели, ако бъде реализиран по подходящ начин.“

споделя през януари 2023 година машинният инженер Дрю Лили от Националната лаборатория „Лорънс Бъркли“ в Калифорния.

Изследователите моделират теорията на йонокалоричния цикъл, за да покажат как той потенциално би могъл да се конкурира или дори да подобри ефективността на използваните днес хладилни агенти. Токът, протичащ през системата би раздвижил йоните в нея, измествайки точката на топене на материала, за да промени температурата.

Екипът проведе и експерименти с използване на сол, направена от йод и натрий, за разтопяване на етилен карбонат. Този често срещан органичен разтворител се използва и в литиево-йонните батерии и се произвежда с помощта на въглероден диоксид като входна суровина. Това би могло да направи системата не само с нулев GWP (потенциал за глобално затопляне), но и с отрицателен GWP.

При експеримента е измерена температурна промяна от 25 градуса по Целзий чрез прилагане на по-малко от 1 V (волт) заряд – резултат, който надхвърля това, което други калорични технологии са успели да постигнат досега.

„Има три неща, които се опитваме да балансираме: GWP на хладилния агент, енергийната ефективност и цената на самото оборудване. От първия опит нашите данни изглеждат много обещаващи и в трите аспекта“.

казва машинният инженер Рави Прашер от Националната лаборатория „Лорънс Бъркли“

Системите за компресиране на парите, които понастоящем се използват в хладилните процеси, разчитат на газове, които имат висок GWP, като например различни флуоровъглеводороди (HFC). Страните, подписали поправката от Кигали се ангажираха да намалят производството и потреблението на HFC с поне 80% през следващите 25 години, и йонокалоричното охлаждане може да изиграе важна роля за това.

Сега изследователите трябва да изведат технологията от лабораторията и да я внедрят в практически системи, които да могат да се използват в търговската мрежа. В крайна сметка тези системи биха могли да се използват както за отопление, така и за охлаждане.

„Разполагаме с този съвсем нов термодинамичен цикъл и рамка, която обединява елементи от различни области и показахме, че тя може да работи. Сега е време за експерименти, за да се тестват различни комбинации от материали и техники, за да се отговори на инженерните предизвикателства.“

казва Прашер

Изследването е публикувано в списание Science.