Привітайтеся з іонокалорійним охолодженням: новий спосіб зниження рівня ртуті, який може замінити що існує методи чимось безпечнішим і дружнішим до планети. Типові холодильні системи відводять тепло з приміщення за допомогою газу, який охолоджується, розширюючись на певну відстань. Незважаючи на ефективність цього процесу, деякі гази, які ми використовуємо, також є особливо шкідливими для навколишнього середовища. Однак існує більше ніж один спосіб, яким речовину можна змусити поглинати та віддавати теплову енергію.
Новий метод, розроблений дослідниками з Національної лабораторії Лоуренса Берклі та Університету Каліфорнії в Берклі в США, використовує переваги того, як енергія накопичується або виділяється, коли матеріал змінює фазу, наприклад, коли твердий лід перетворюється на рідку воду, наприклад. Підвищте температуру на шматку льоду, він розтане. Що ми можемо не помітити так легко, так це те, що плавлення поглинає тепло з навколишнього середовища, ефективно охолоджуючи його.
Один зі способів змусити лід розтанути без потреби підвищувати тепло — додати кілька заряджених частинок або іонів. Посипання солі на дорогах для запобігання утворенню льоду є типовим прикладом цього в дії. Іонокалорійний цикл також використовує сіль для зміни фази рідини та охолодження її середовища.
«Холодоагенти є невирішеною проблемою», — каже інженер-механік Дрю Ліллі з Національної лабораторії Лоуренса Берклі в Каліфорнії. «Ніхто не розробив альтернативного рішення, яке охолоджує речі, працює ефективно, є безпечним і не завдає шкоди навколишньому середовищу».
«Ми вважаємо, що іонокалорійний цикл має потенціал для досягнення всіх цих цілей, якщо його реалізувати належним чином».
Дослідники змоделювали теорію іонокалорійного циклу, щоб показати, як він потенційно може конкурувати з холодоагентами, які використовуються сьогодні, або навіть підвищити її ефективність. Струм, що проходить через систему, переміщатиме іони в ній, зміщуючи точку плавлення матеріалу, змінюючи температуру.
Команда також провела експерименти з використанням солі, виготовленої з йоду та натрію, для розплавлення етиленкарбонату. Цей звичайний органічний розчинник також використовується в літій-іонних батареях і виробляється за допомогою вуглекислого газу як вихідної речовини. Це може зробити систему не просто GWP [потенціал глобального потепління] нульовим, але GWP негативним.
Температурний зсув на 25 градусів за Цельсієм (45 градусів за Фаренгейтом) був виміряний шляхом застосування менше одного вольта заряду в експерименті, результат, який перевищує те, чого вдалося досягти іншим технологіям калорійності.
«Є три речі, які ми намагаємося збалансувати: GWP холодоагенту, енергоефективність і вартість самого обладнання», — каже інженер-механік Раві Прашер з Національної лабораторії Лоуренса Берклі. «З першої спроби наші дані виглядають дуже багатообіцяючими щодо всіх трьох цих аспектів».
Системи стиснення парів, які зараз використовуються в холодильних процесах, покладаються на гази з високим ПГП, такі як різні гідрофторвуглеці (ГФУ). Країни, які підписали поправку Кігалі, зобов’язалися скоротити виробництво та споживання ГФУ щонайменше на 80 відсотків протягом наступних 25 років – і іонокалорійне охолодження може зіграти в цьому важливу роль.
Тепер дослідникам потрібно перенести технологію з лабораторії на практичні системи, які можна використовувати в комерційних цілях і без проблем розширювати. Згодом ці системи можна було б 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 це може працювати», — говорить Прашер. «Тепер настав час для експериментів, щоб перевірити різні комбінації матеріалів і технік, щоб відповідати інженерним викликам».