Учените са изобретили изцяло нов начин за охлаждане на нещата: ScienceAlert

Кажете здравей на термично йонно охлаждане. Това е нов начин за понижаване на температурите с потенциал за замяна на настоящите методи за охлаждане с процес, който е по-безопасен и по-добър за планетата.

Типичните хладилни системи пренасят топлината от пространството чрез течност, която абсорбира топлината, докато се изпарява в газ, който след това се транспортира през затворена тръба и се кондензира обратно в течност. Колкото и ефективен да е този процес, някои от избраните материали, които използваме като охладители, не са особено екологични.

Въпреки това, има повече от един начин, по който даден материал може да бъде принуден да абсорбира и освобождава топлинна енергия.

Метод, разкрит миналата година, разработен от изследователи от Националната лаборатория на Лорънс Бъркли и Калифорнийския университет в Бъркли, се възползва от начина, по който енергията се съхранява или освобождава, когато дадено вещество промени фазата си, например когато твърдият лед се превръща в течна вода.

Повишете температурата на леден блок и той ще се стопи. Това, което може да не видим лесно, е, че топенето абсорбира топлина от заобикалящата го среда, като ефективно го охлажда.

Един от начините да принудите леда да се стопи, без да се налага да увеличавате топлината, е да добавите малко заредени частици или йони. Поставянето на сол по пътищата за предотвратяване на заледяване е често срещан пример. Йонният цикъл също използва сол за промяна на фазата на течността и охлаждане на околната среда.

„Хладилният пейзаж е нерешен проблем.“ каза машинният инженер Дрю Лили От Националната лаборатория на Лорънс Бъркли в Калифорния през януари 2023 г.

„Никой не е успял да разработи алтернативно решение, което да охлажда нещата, да работи ефективно, да е безопасно и да не вреди на околната среда. Ние вярваме, че топлинният йонен цикъл има потенциала да постигне всички тези цели, ако бъде постигнат по подходящ начин.“

Изследователите формулираха теорията за топлинния йонен цикъл, за да покажат как тя може да съперничи или дори да подобри ефективността на хладилните агенти, използвани днес. Токът, преминаващ през системата, би преместил йоните в нея, причинявайки промяна на точката на топене на веществото в промяна на температурата.

Екипът също така проведе експерименти, използвайки сол от йод и натрий за разтваряне на етилен карбонат. Този обичаен органичен разтворител се използва и в литиево-йонни батерии и се произвежда с въглероден диоксид като вход. Това може да направи системата не само потенциално глобално затопляне [global warming potential] Нулев, но отрицателен GWP.

Изместване на температурата от 25°C (45°F) беше измерено чрез прилагане на по-малко от един волт зареждане в експеримента, резултат отвъд това, което други калорични технологии са успели да постигнат до момента.

„Има три неща, които се опитваме да балансираме: потенциала на хладилния агент за глобално затопляне, енергийната ефективност и цената на самото оборудване.“ каза машинният инженер Рави Прашер От Националната лаборатория на Лорънс Бъркли.

„От първия опит нашите данни изглеждат много обещаващи и в трите аспекта.“

Системите за компресиране на пара, използвани в момента в хладилните операции, разчитат на газове с висок потенциал за глобално затопляне, като различни хидрофлуоровъглеводороди (HFC).

Страните, подписали поправката от Кигали, се ангажираха да намалят производството и потреблението на HFC с най-малко 80% през следващите 25 години – и термичното йонно охлаждане може да играе ключова роля в това.

Сега изследователите трябва да извадят технологията от лабораторията и да я превърнат в практически системи, които могат да се използват с търговска цел и да се мащабират без никакви проблеми. В крайна сметка тези системи могат да се използват за отопление и охлаждане.

„Имаме този напълно нов термодинамичен цикъл и рамка, която обединява елементи от различни области, и показахме, че може да работи.“ — каза Брашър.

„Сега е време да проведем експерименти, за да тестваме различни комбинации от материали и технологии за справяне с инженерните предизвикателства.“

Изследването е публикувано в науки.

Предишна версия на тази статия беше публикувана през януари 2023 г.