Скажи привіт іонокалорійному охолодженню. Це новий спосіб зниження температури з потенціалом заміни існуючих методів охолодження речей процесом, який є безпечнішим і кращим для планети. Типові холодильні системи відводять тепло з простору через рідину, яка поглинає тепло під час випаровування в газ, який потім транспортується через закриту трубу та конденсується назад у рідину. Незважаючи на ефективність цього процесу, деякі матеріали, які ми використовуємо як холодоагенти, особливо шкідливі для навколишнього середовища.
Однак існує більше ніж один спосіб, яким речовину можна змусити поглинати та віддавати теплову енергію.
Метод, оприлюднений минулого року, розроблений дослідниками з Національної лабораторії Лоуренса Берклі та Університету Каліфорнії в Берклі, використовує переваги способу накопичення або вивільнення енергії, коли матеріал змінює фазу, наприклад, коли твердий лід перетворюється на рідку воду, для прикладу.
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, щоб запобігти утворенню льоду, є типовим прикладом цього в дії. Іонокалорійний цикл також використовує сіль для зміни фази рідини та охолодження її середовища.
«Ландшафт холодоагентів — це невирішена проблема», — сказав інженер-механік Дрю Ліллі з Національної лабораторії Лоуренса Берклі в Каліфорнії в січні 2023 року. «Ніхто не успішно розробив альтернативне рішення, яке охолоджує речі, працює ефективно, є безпечним і не шкодить 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 з використанням вуглекислого газу як сировини. 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.
«Ми намагаємося збалансувати три речі: GWP холодоагенту, енергоефективність і вартість самого обладнання», — сказав 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», — сказав Прашер. «Тепер настав час для експериментів, щоб перевірити різні комбінації матеріалів і технік, щоб відповідати інженерним викликам». Дослідження опубліковано в Science.