Πείτε γεια στη θερμική ιοντική ψύξη. Είναι ένας νέος τρόπος για τη μείωση των θερμοκρασιών με τη δυνατότητα να αντικατασταθούν οι τρέχουσες μέθοδοι ψύξης των πραγμάτων με μια διαδικασία που είναι ασφαλέστερη και καλύτερη για τον πλανήτη.
Τυπικά συστήματα ψύξης μεταφέρουν θερμότητα μακριά από ένα χώρο μέσω ενός υγρού που απορροφά τη θερμότητα καθώς εξατμίζεται σε ένα αέριο, το οποίο στη συνέχεια μεταφέρεται μέσω ενός κλειστού σωλήνα και συμπυκνώνεται πίσω σε ένα υγρό. Όσο αποτελεσματική και αν είναι αυτή η διαδικασία, ορισμένα από τα επιλεγμένα υλικά που χρησιμοποιούμε ως ψυκτικά δεν είναι ιδιαίτερα φιλικά προς το περιβάλλον.
Ωστόσο, υπάρχουν περισσότεροι από ένας τρόποι με τους οποίους ένα υλικό μπορεί να αναγκαστεί να απορροφήσει και να απελευθερώσει θερμική ενέργεια.
Μια μέθοδος που παρουσιάστηκε πέρυσι, που αναπτύχθηκε από ερευνητές από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley και το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, εκμεταλλεύεται τον τρόπο με τον οποίο αποθηκεύεται ή απελευθερώνεται ενέργεια όταν μια ουσία αλλάζει φάση, όπως όταν ο στερεός πάγος μετατρέπεται σε υγρό νερό, για παράδειγμα.
Ανεβάστε τη θερμοκρασία ενός μπλοκ πάγου και θα λιώσει. Αυτό που μπορεί να μην βλέπουμε εύκολα είναι ότι το τήγμα απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον του, δροσίζοντας το αποτελεσματικά.
Ένας τρόπος για να αναγκάσετε τον πάγο να λιώσει χωρίς να χρειάζεται να αυξήσετε τη θερμότητα είναι να προσθέσετε μερικά φορτισμένα σωματίδια ή ιόντα. Η τοποθέτηση αλατιού στους δρόμους για την πρόληψη του παγετού είναι ένα συνηθισμένο παράδειγμα. Ο ιονικός κύκλος χρησιμοποιεί επίσης αλάτι για να αλλάξει τη φάση του υγρού και να ψύξει το περιβάλλον του.
“Το τοπίο του ψυκτικού μέσου είναι ένα άλυτο πρόβλημα.” είπε ο μηχανολόγος μηχανικός Drew Lilly Από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley στην Καλιφόρνια τον Ιανουάριο του 2023.
“Κανείς δεν κατάφερε να αναπτύξει μια εναλλακτική λύση που να κάνει τα πράγματα δροσερά, να λειτουργεί αποτελεσματικά, να είναι ασφαλής και να μην βλάπτει το περιβάλλον. Πιστεύουμε ότι ο κύκλος των θερμικών ιόντων έχει τη δυνατότητα να επιτύχει όλους αυτούς τους στόχους εάν επιτευχθεί σωστά.”
Οι ερευνητές διατύπωσαν τη θεωρία του θερμικού ιοντικού κύκλου για να δείξουν πώς θα μπορούσε να ανταγωνιστεί, ή ακόμα και να βελτιώσει, την απόδοση των ψυκτικών που χρησιμοποιούνται σήμερα. Το ρεύμα που διέρχεται από το σύστημα θα μετακινούσε τα ιόντα σε αυτό, προκαλώντας το σημείο τήξης της ουσίας να μεταβληθεί σε αλλαγή θερμοκρασίας.
Η ομάδα διεξήγαγε επίσης πειράματα χρησιμοποιώντας ένα άλας από ιώδιο και νάτριο για να διαλύσει το ανθρακικό αιθυλένιο. Αυτός ο κοινός οργανικός διαλύτης χρησιμοποιείται επίσης σε μπαταρίες ιόντων λιθίου και παράγεται χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα ως είσοδο. Αυτό θα μπορούσε να κάνει το σύστημα όχι μόνο πιθανή υπερθέρμανση του πλανήτη [global warming potential] Μηδενικό αλλά αρνητικό GWP.
Μια μετατόπιση θερμοκρασίας 25°C (45°F) μετρήθηκε εφαρμόζοντας λιγότερο από ένα βολτ φόρτισης στο πείραμα, αποτέλεσμα πέρα από αυτό που έχουν καταφέρει να επιτύχουν μέχρι σήμερα άλλες τεχνολογίες θερμίδων.
«Υπάρχουν τρία πράγματα που προσπαθούμε να εξισορροπήσουμε: το δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη του ψυκτικού μέσου, η ενεργειακή απόδοση και το κόστος του ίδιου του εξοπλισμού». είπε ο μηχανολόγος μηχανικός Ravi Prasher Από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley.
«Από την πρώτη προσπάθεια, τα δεδομένα μας φαίνονται πολλά υποσχόμενα και στις τρεις αυτές πτυχές».
Τα συστήματα συμπίεσης ατμών που χρησιμοποιούνται σήμερα σε εργασίες ψύξης βασίζονται σε αέρια με υψηλό δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη, όπως διάφοροι υδροφθοράνθρακες (HFCs).
Οι χώρες που υπέγραψαν την τροποποίηση του Κιγκάλι έχουν δεσμευτεί να μειώσουν την παραγωγή και την κατανάλωση HFC κατά τουλάχιστον 80% τα επόμενα 25 χρόνια – και η ψύξη με θερμικά ιόντα θα μπορούσε να διαδραματίσει βασικό ρόλο σε αυτό.
Τώρα, οι ερευνητές πρέπει να βγάλουν την τεχνολογία από το εργαστήριο και σε πρακτικά συστήματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν εμπορικά και να κλιμακωθούν χωρίς προβλήματα. Τελικά, αυτά τα συστήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για θέρμανση και ψύξη.
«Έχουμε αυτόν τον εντελώς νέο θερμοδυναμικό κύκλο και πλαίσιο που συγκεντρώνει στοιχεία από διαφορετικά πεδία και δείξαμε ότι μπορεί να λειτουργήσει». είπε ο Μπράσερ.
«Τώρα, είναι καιρός να διεξάγουμε πειράματα για να δοκιμάσουμε διαφορετικούς συνδυασμούς υλικών και τεχνολογιών για την αντιμετώπιση των προκλήσεων της μηχανικής».
Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο επιστήμες.
Μια προηγούμενη έκδοση αυτού του άρθρου δημοσιεύθηκε τον Ιανουάριο του 2023.