Привітайте іонокалорійне охолодження. Це новий спосіб зниження температури, який може замінити існуючі методи охолодження на більш безпечний та екологічно чистий для планети.
Типові холодильні системи відводять тепло з приміщення за допомогою рідини, яка поглинає тепло, випаровуючись у газ, який потім транспортується через закриту трубу і конденсується назад у рідину. Незважаючи на ефективність цього процесу, деякі матеріали, які ми використовуємо як холодоагенти, є особливо недружніми до навколишнього середовища.
Однак існує більше, ніж один спосіб змусити речовину поглинати і віддавати теплову енергію.
Метод, розроблений дослідниками з Національної лабораторії Лоуренса Берклі та Каліфорнійського університету в Берклі (США), використовує переваги того, як енергія зберігається або вивільняється, коли матеріал змінює фазу, як, наприклад, коли твердий лід перетворюється на рідку воду.
Якщо підвищити температуру на шматку льоду, він розтане. Те, що нам не так легко побачити, – це те, що танення поглинає тепло з навколишнього середовища, ефективно охолоджуючи його.
Один із способів змусити лід танути без необхідності збільшувати температуру – це додати кілька заряджених частинок, або іонів. Посипання доріг сіллю, щоб запобігти утворенню льоду, є поширеним прикладом цього в дії. Іонокалоричний цикл також використовує сіль для зміни фази рідини та охолодження навколишнього середовища.
“Ландшафт холодоагентів є невирішеною проблемою, – заявив у січні 2023 року інженер-механік Дрю Ліллі з Національної лабораторії імені Лоуренса Берклі в Каліфорнії. “Ніхто не розробив альтернативного рішення, яке б охолоджувало речі, працювало ефективно, було безпечним і не шкодило навколишньому середовищу”.
“Ми вважаємо, що іонокалорійний цикл має потенціал для досягнення всіх цих цілей, якщо його реалізувати належним чином”.
Дослідники змоделювали теорію іонокалоричного циклу, щоб показати, як він може потенційно конкурувати або навіть покращити ефективність холодоагентів, що використовуються сьогодні. Струм, що проходить через систему, переміщує іони в ній, зміщуючи температуру плавлення матеріалу і змінюючи температуру.
Іонокалорійний цикл в дії. (Дженні Нусс/Лабораторія Берклі)
Команда також провела експерименти з використанням солі, виготовленої з йоду та натрію, для розплавлення етиленкарбонату. Цей поширений органічний розчинник також використовується в літій-іонних батареях і виробляється за допомогою вуглекислого газу. Це може зробити систему не просто нульовим потенціалом глобального потепління, але й від’ємним потенціалом глобального потепління.
Зсув температури на 25 градусів за Цельсієм (45 градусів за Фаренгейтом) був виміряний завдяки застосуванню в експерименті менш ніж одного вольта заряду – результат, який перевищує те, чого досі вдавалося досягти за допомогою інших калорійних технологій.
“Є три речі, які ми намагаємося збалансувати: GWP холодоагенту, енергоефективність та вартість самого обладнання”, – сказав інженер-механік Раві Прашер з Національної лабораторії Лоуренса Берклі.
“З першої спроби наші дані виглядають дуже багатообіцяючими за всіма трьома аспектами”.
Системи стиснення пари, які зараз використовуються в холодильних процесах, покладаються на гази з високим GWP, такі як різні гідрофторвуглеці (HFC). Країни, які підписали Кігальську поправку, взяли на себе зобов’язання скоротити виробництво і споживання ГФУ щонайменше на 80 відсотків протягом наступних 25 років – і іонокалорійне охолодження може відіграти в цьому важливу роль.
Тепер дослідникам потрібно вивести технологію з лабораторії в практичні системи, які можна використовувати на комерційній основі і які можна без проблем масштабувати. Зрештою, ці системи можна буде використовувати як для опалення, так і для охолодження.
“У нас є абсолютно новий термодинамічний цикл і структура, яка об’єднує елементи з різних галузей, і ми показали, що він може працювати”, – сказав Прашер.
“Тепер настав час для експериментів, щоб перевірити різні комбінації матеріалів і технологій для вирішення інженерних завдань”.
