Запознайте се с йонокалоричното охлаждане. Това е нов начин за понижаване на температурата, който може да замени съществуващите методи за охлаждане с по-безопасен и по-благоприятен за планетата процес.

Типичните охладителни системи пренасят топлина от дадено пространство чрез течност, която абсорбира топлина, докато се изпарява в газ, който след това се пренася 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.

Представеният миналата година метод, разработен 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, например когато твърд лед се превръща в течна вода. Ако повишите температурата на леден блок, той ще се разтопи. Това, което може би не забелязваме толкова лесно, е, че топенето абсорбира топлина от заобикалящата го среда, като ефективно го охлажда.

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.

„Ситуацията на хладилните агенти е нерешен проблем“, казва през януари 2023 г. машинният инженер Дрю Лили от Националната лаборатория „Лорънс Бъркли“ в Калифорния.

„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 потенциал да изпълни всички тези цели, ако бъде реализиран по подходящ начин.“

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 провежда 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 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 (45 градуса по Фаренхайт) чрез прилагане на по-малко от един 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“, казва машинният инженер Рави Прашер от Националната лаборатория „Лорънс Бъркли“. „От първия опит нашите данни изглеждат много обещаващи и в трите аспекта“.

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.

Снимка: Unsplash/Jenny Nuss/Berkeley Lab

Виж още: Ключовите съставки на живота на Земята идват от Космоса, сочат нови доказателства