Οι επιστήμονες ανακάλυψαν έναν νέο τρόπο μείωσης της θερμοκρασίας, με τη δυνατότητα να αντικαταστήσει τις υπάρχουσες μεθόδους ψύξης με μια διαδικασία που είναι ασφαλέστερη και πιο φιλική προς τον πλανήτη.
Τα συμβατικά συστήματα ψύξης απομακρύνουν τη θερμότητα από έναν χώρο μέσω ενός υγρού, το οποίο απορροφά θερμότητα καθώς εξατμίζεται σε αέριο, το οποίο στη συνέχεια μεταφέρεται μέσα σε έναν κλειστό σωλήνα και συμπυκνώνεται ξανά σε υγρό.
Παρ’ όλη την αποτελεσματικότητα αυτής της διαδικασίας, πολλά από τα υλικά που χρησιμοποιούνται ως ψυκτικά μέσα δεν είναι φιλικά προς το περιβάλλον. Ωστόσο, υπάρχουν περισσότεροι από ένας τρόποι με τους οποίους οι ουσίες μπορεί να εξαναγκαστεί να απορροφήσει και να αποβάλει θερμική ενέργεια.
Μια μέθοδος που παρουσιάστηκε το 2023 και η οποία αναπτύχθηκε από ερευνητές του Εργαστηρίου Lawrence του Μπέρκλεϋ και του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, εκμεταλλεύεται τον τρόπο με τον οποίο η ενέργεια αποθηκεύεται ή απελευθερώνεται όταν ένα υλικό αλλάζει φάση, όπως για παράδειγμα όταν ο στερεός πάγος μετατρέπεται σε νερό.
Αν αυξηθεί η θερμοκρασία σε ένα κομμάτι πάγου, θα λιώσει. Αυτό που ίσως να μην βλέπουμε τόσο εύκολα είναι ότι το λιώσιμο απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον του, ψύχοντάς το αποτελεσματικά.
Ο νέος μηχανισμός ψύξης
Ένας τρόπος να λιώσει ο πάγος χωρίς να αυξηθεί η θερμοκρασία είναι να προστεθούν φορτισμένα σωματίδια ή ιόντα. Ένα συνηθισμένο παράδειγμα αυτής της διαδικασίας είναι το αλάτι που ρίχνουμε στους δρόμους για να αποτρέψουμε τον σχηματισμό πάγου. Ο ιονοθερμικός κύκλος (χρησιμοποιεί επίσης αλάτι για να αλλάξει τη φάση ενός ρευστού και να ψύξει το περιβάλλον του.
«Το τοπίο των ψυκτικών μέσω είναι ένα άλυτο πρόβλημα», δήλωσε ο μηχανολόγος μηχανικός Drew Lilley από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley στην Καλιφόρνια.
«Κανείς δεν έχει αναπτύξει με επιτυχία μια εναλλακτική λύση που να ψύχει αποτελεσματικά, να λειτουργεί αποδοτικά, να είναι ασφαλής και να μην βλάπτει το περιβάλλον. Πιστεύουμε ότι ο ιονοθερμιδικός κύκλος έχει τη δυνατότητα να πετύχει όλους αυτούς τους στόχους, αν εφαρμοστεί σωστά»
Οι ερευνητές μοντελοποίησαν τη θεωρία του ιονοθερμικού κύκλου για να δείξουν πώς θα μπορούσε ενδεχομένως να ανταγωνιστεί ή ακόμα και να βελτιώσει την απόδοση των ψυκτικών μέσων που χρησιμοποιούνται σήμερα. Ένα ρεύμα που διαπερνά το σύστημα θα μετακινούσε τα ιόντα, αλλάζοντας το σημείο τήξης του υλικού και συνεπώς τη θερμοκρασία.
Η ομάδα πραγματοποίησε επίσης πειράματα χρησιμοποιώντας άλας φτιαγμένο με ιώδιο και νάτριο για να λιώσει ανθρακικό αιθυλένιο. Αυτός ο κοινός οργανικός διαλύτης χρησιμοποιείται επίσης σε μπαταρίες ιόντων λιθίου και παράγεται χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα ως πρώτη ύλη. Αυτό θα μπορούσε να κάνει το σύστημα όχι μόνο μηδενικού δυναμικού υπερθέρμανσης του πλανήτη (GWP) αλλά και αρνητικού GWP.
Καταγράφηκε μια μεταβολή θερμοκρασίας 25 βαθμών Κελσίου με την εφαρμογή λιγότερου από ένα βολτ φόρτισης στο πείραμα, ένα αποτέλεσμα που ξεπερνά ό,τι έχουν καταφέρει μέχρι τώρα άλλες τεχνολογίες.
«Υπάρχουν τρία πράγματα που προσπαθούμε να ισορροπήσουμε: το δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη (GWP) του ψυκτικού μέσου, την ενεργειακή απόδοση και το κόστος του εξοπλισμού,» είπε ο μηχανολόγος μηχανικός Ravi Prasher από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley. «Από την πρώτη προσπάθεια, τα δεδομένα μας φαίνονται πολύ υποσχόμενα και για τις τρεις αυτές πτυχές.»
Τα συστήματα συμπίεσης ατμών που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος στις διαδικασίες ψύξης βασίζονται σε αέρια με υψηλό GWP (δυναμικό υπερθέρμανσης του πλανήτη), όπως διάφοροι υδροφθοροάνθρακες(HFCs). Οι χώρες που υπέγραψαν την Τροπολογία του Κιγκάλι δεσμεύτηκαν να μειώσουν την παραγωγή και την κατανάλωση των HFCs κατά τουλάχιστον 80% μέσα στα επόμενα 25 χρόνια – και η ιονοθερμική ψύξη (Ionocaloric refrigeration) θα μπορούσε να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο σε αυτό.
Τώρα, οι ερευνητές πρέπει να εξάγουν την τεχνολογία από το εργαστήριο και να τη μεταφέρουν σε πρακτικά συστήματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν εμπορικά και να κλιμακωθούν χωρίς προβλήματα. Στο μέλλον, αυτά τα συστήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν τόσο για θέρμανση όσο και για ψύξη.
Αποτελέσματα και πειράματα στο μέλλον
Οι τρέχουσες έρευνες πειραματίζονται με διαφορετικά άλατα, για να δουν ποιοι συνδυασμοί μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικοί στην απομάκρυνση της θερμότητας από έναν χώρο. Το 2025, μια διεθνής ομάδα ερευνητών δημοσίευσε τα αποτελέσματα της μελέτης τους για μια εξαιρετικά αποδοτική έκδοση που χρησιμοποιούσε άλατα με βάση νιτρικά, τα οποία ανακυκλώνονταν μέσω ηλεκτρικών πεδίων και μεμβρανών.
Αυτό ακριβώς ήταν το αποτέλεσμα στο οποίο ο Prasher και η ομάδα του είχαν προβλέψει ότι θα οδηγούσε η έρευνά τους. «Έχουμε αυτόν τον καινούργιο θερμοδυναμικό κύκλο και πλαίσιο που συνδυάζει στοιχεία από διάφορους τομείς, και έχουμε δείξει ότι λειτουργεί», είπε ο Prasher. «Τώρα ήρθε η ώρα για πειραματισμό, για να δοκιμαστούν διαφορετικοί συνδυασμοί υλικών και τεχνικών ώστε να αντιμετωπιστούν οι μηχανικές προκλήσεις.»
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου