У світі, де майже кожен будинок, магазин чи дата-центр потребує охолодження, питання безпечних і ефективних холодильних технологій стає дедалі важливішим. Сучасні системи кондиціювання та холодильники працюють за принципом компресії пари: спеціальна рідина поглинає тепло, випаровується, а потім у замкненому контурі знову конденсується. Цей підхід добре працює вже понад століття, але має серйозний недолік — багато використовуваних холодоагентів, зокрема гідрофторвуглеці, мають високий потенціал глобального потепління. Саме тому вчені активно шукають альтернативи, здатні охолоджувати простір без шкоди для клімату.
Одним із найперспективніших нових підходів стала технологія, яку назвали іонокалоричним охолодженням. Її запропонували дослідники з Лоуренсівської національної лабораторії Берклі та Каліфорнійського університету в Берклі. Основна ідея базується на фундаментальному фізичному явищі — поглинанні або виділенні тепла під час фазових переходів речовини. Коли лід тане, він забирає тепло з навколишнього середовища. Цей ефект не завжди помітний, але саме він лежить в основі багатьох природних процесів охолодження.
Цікаво, що змусити лід танути можна не лише нагріванням. Якщо додати до нього іони — наприклад, кухонну сіль — температура плавлення змінюється. Саме тому дороги взимку посипають сіллю: вона заважає льоду залишатися твердим. Іонокалорична технологія використовує схожий принцип, але у значно складнішій та контрольованій формі. У спеціальній системі іони переміщуються під дією електричного струму, змінюючи температуру плавлення матеріалу та змушуючи його поглинати або віддавати тепло.
Фактично це створює новий тип термодинамічного циклу. Коли через систему проходить струм, іони змінюють фазовий стан робочої рідини — вона може плавитися або кристалізуватися без значного нагрівання чи охолодження. Під час цих переходів відбувається поглинання тепла з навколишнього середовища, що і забезпечує охолоджувальний ефект.
Перші експерименти показали дуже обнадійливі результати. Дослідники використали сіль на основі йоду та натрію, щоб змусити плавитися етиленкарбонат — органічну рідину, яка широко застосовується, зокрема, у літій-іонних батареях. Коли до системи подавали електричну напругу менше одного вольта, температура змінювалася приблизно на 25 °C. Для нових охолоджувальних технологій це дуже значний результат — він перевищує ефективність багатьох інших «калоричних» систем, які розробляються сьогодні.
Окрім ефективності, ця технологія має ще одну важливу перевагу — екологічність. Етиленкарбонат може вироблятися з використанням вуглекислого газу як сировини. У такому випадку система потенційно може мати нульовий або навіть негативний вплив на глобальне потепління. Це різко контрастує з традиційними холодоагентами, які часто сприяють накопиченню парникових газів в атмосфері.
Вчені підкреслюють, що під час розробки нових систем охолодження доводиться балансувати між трьома ключовими факторами: екологічним впливом холодоагентів, енергоефективністю та вартістю обладнання. Попередні результати показують, що іонокалоричний підхід може добре відповідати всім трьом вимогам. Саме тому дослідники розглядають його як потенційну заміну традиційних технологій.
Пошук нових холодильних систем також пов’язаний із міжнародними кліматичними домовленостями. Країни, що приєдналися до Кігалійської поправки до Монреальського протоколу, зобов’язалися протягом наступних десятиліть скоротити виробництво та використання гідрофторвуглеців щонайменше на 80%. Для досягнення цієї мети потрібні нові технології, і іонокалоричне охолодження може стати одним із ключових рішень.
Поки що розробка перебуває на стадії лабораторних експериментів. Наступний крок — створення практичних установок, які можна буде використовувати у холодильниках, кондиціонерах або промислових системах охолодження. Інженерам доведеться вирішити низку технічних завдань: від вибору найефективніших солей до масштабування технології без втрати продуктивності.
Дослідження у цій галузі вже активно продовжуються. У 2025 році міжнародна команда вчених представила варіант іонокалоричної системи, що використовує нітратні солі. У цій схемі іони циркулюють завдяки електричним полям і спеціальним мембранам, що підвищує ефективність циклу.
Таким чином, іонокалоричне охолодження може стати новим поколінням холодильних технологій — більш безпечним для довкілля та потенційно ефективнішим за традиційні системи. Якщо подальші дослідження підтвердять його переваги, у майбутньому наші холодильники, кондиціонери та навіть системи опалення можуть працювати за принципом, який ще кілька років тому існував лише у вигляді наукової ідеї.
