Răcirea ionocalorică, o nouă modalitate de refrigerare
Răcirea ionocalorică este o nouă modalitate de a scădea temperaturile, cu potențialul de a înlocui metodele existente de răcire printr-un proces care este mai sigur și mai bun pentru planetă.
Sistemele obişnuite de refrigerare transportă căldura dintr-un spațiu printr-un fluid care absoarbe căldura pe măsură ce se evaporă într-un gaz, care este apoi transportat printr-un tub închis și este condensat înapoi într-un lichid. Oricât de eficient este acest proces, unii dintre agenţii frigorifici pe care îi folosim sunt deosebit de neprietenoşi cu mediul.
Există, totuși, mai multe modalități prin care o substanță poate fi forțată să absoarbă și să elibereze energie termică.
O metodă dezvăluită anul trecut, dezvoltată de cercetătorii de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley și de la Universitatea din California, Berkeley, profită de modul în care energia este stocată sau eliberată atunci când un material își schimbă fază, cum ar fi atunci când gheața solidă se transformă în apă lichidă.
Dacă creşteţi temperatura unui bloc de gheață, acesta se va topi. Ceea ce s-ar putea să nu observăm atât de ușor este că topirea absoarbe căldura din mediu, răcindu-l eficient.
O modalitate de a forța gheața să se topească fără a fi nevoie să creşteţi temperatura este să adăugați câteva particule încărcate electric sau ioni. Adăugarea sării pe drumuri pentru a preveni formarea gheții este un exemplu obişnuit al acestui proces.
Ciclul ionocaloric folosește și sare pentru a schimba faza unui fluid și pentru a răci împrejurimile acestuia.
Ilustrație a conceptului de ciclu ionocaloric. Credit: Jenny Nuss/Berkeley Lab
„Peisajul agenților frigorifici este o problemă nerezolvată.
Nimeni nu a dezvoltat cu succes o soluție alternativă care să răcească lucrurile, să funcționeze eficient, să fie sigură și să nu dăuneze mediului.
Credem că ciclul ionocaloric are potențialul de a îndeplini toate aceste obiective dacă este realizat în mod corespunzător”, a declarat inginerul mecanic Drew Lilley de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley din California în ianuarie 2023.
Cercetătorii au aplicat teoria ciclului ionocaloric pentru a arăta cum ar putea să concureze sau chiar să îmbunătățească eficiența agenților frigorifici utilizați în prezent. Un curent electric care trece prin sistem ar muta ionii din acesta, schimbând punctul de topire al materialului pentru modifica temperatura.
Echipa a efectuat, de asemenea, experimente folosind o sare făcută cu iod și sodiu pentru a topi carbonatul de etilenă. Acest solvent organic obişnuit este folosit și în bateriile litiu-ion și este produs folosind dioxidul de carbon. Acest lucru ar putea face sistemul nu doar GWP [global warming potenţial] [potenţial de încălzire globală] zero, ci şi GWP negativ.
Prin aplicarea în experiment a mai puțin de un volt s-a măsurat o schimbare de temperatură de 25 de grade Celsius, un rezultat care depășește ceea ce alte tehnologii calorice au reușit să obțină până acum.
„Există trei lucruri pe care încercăm să le echilibrăm: GWP-ul agentului frigorific, eficiența energetică și costul echipamentului în sine.
De la prima încercare, datele noastre par foarte promițătoare în toate aceste trei aspecte”, a spus inginerul mecanic Ravi Prasher de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley.
Sistemele de compresie a vaporilor utilizate în prezent în procesele de refrigerare se bazează pe gaze care au un GWP ridicat, cum ar fi diferite hidrofluorocarburi (HFC).
Țările care au semnat Amendamentul de la Kigali s-au angajat să reducă producția și consumul de HFC cu cel puțin 80% în următorii 25 de ani, iar răcirea ionocalorică ar putea juca un rol major în acest sens.
Acum, cercetătorii trebuie să aplice tehnologia din laborator în sisteme practice care pot fi utilizate comercial. În cele din urmă, aceste sisteme ar putea fi folosite atât pentru încălzire, cât și pentru răcire.
Credit: nrd/Unsplash
„Avem acest ciclu termodinamic nou-nouț și un experiment de laborator care reunește elemente din diferite domenii. Am demonstrat că acesta funcţionează.
Acum este timpul pentru a testa diferite combinații de materiale și tehnici pentru a face față provocărilor de inginerie”, a spus Prasher.
Cercetarea a fost publicată în Science.
Traducere după Scientists Invented an Entirely New Way to Refrigerate Things