Йонокалорийното охлаждане е нов начин за охлаждане, който има потенциала да замени съществуващите методи с нещо, което е по-безопасно и по-щадящо планетата.

Стратегиите за охлаждане в твърдо или течно състояние често пренасят топлина от дадено пространство чрез газ, който се охлажда, разширявайки се. Колкото и ефективен да е този процес, някои от използваните газове са  и особено вредни към околната среда.

Има обаче повече от един начин, по който дадено вещество може да бъде принудено да поглъща и отделя топлинна енергия.

Изследователи от Националната лаборатория "Лорънс Бъркли" и Калифорнийския университет в Бъркли откриват, че йоните в разтвор могат да се използват за контролиране на топенето и кристализацията в процес, който те наричат ​​йонокалориен цикъл.

Разработеният от тях нов метод се възползва от начина, по който енергията се съхранява или освобождава, когато даден материал променя фазата си, както 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 оглъща 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 се добави 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. Йоннокалоричният цикъл също използва солта, за да промени фазата на флуида и да охлади заобикалящата го среда.

_{Йоннокалоричен цикъл в действие. Кредит: Jenny Nuss/Berkeley Lab}

Намирането на решение, което заменя настоящите вредни хладилни агенти, е от съществено значение за страните, за да постигнат целите за изменение на климата. Споразумението от Кигали задължава страните, подписали споразумението, да намалят производството и потреблението на флуоровъглеводороди (HFC) с поне 80% през следващите 25 години.

HFC са мощни парникови газове, които обикновено се срещат в хладилници и климатични системи, и могат да уловят топлината хиляди пъти по-ефективно от въглеродния диоксид.

"Никой не е разработил успешно алтернативно решение, което да прави продуктите студени, да работи ефективно, да е безопасно и да не вреди на околната среда. Смятаме, че йонокалоричният цикъл има потенциала да постигне всички тези цели, ако бъде реализиран по подходящ начин", заявява машинният инженер Дрю Лили (Drew Lilley) от Националната лаборатория "Лорънс Бъркли" в Калифорния.

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.

_{Йонокалоричното охлаждане би елиминирало риска от изтичане на парникови газове в атмосферата, като ги замени с твърди и течни компоненти. Кредит: Jenny Nuss / Berkeley Lab.}

Екипът провежда и експерименти с използване на сол, съставена 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 входна суровина. Това би могло да направи системата не само с нулев, дори и с отрицателен потенциал за глобално затопляне.

При експеримента е измерена температурна промяна от 25 градуса по Целзий чрез прилагане на по-малко от един волт заряд - резултат, който надхвърля това, което други охлаждащи технологии са успели да постигнат досега.

Сега изследователите трябва да изведат технологията от лабораторията и да я внедрят в практически системи, които да могат да се използват в търговската мрежа и да се увеличават без проблеми. В крайна сметка тези системи биха могли да се използват както за отопление, така и за охлаждане.

Справка: Ionocaloric refrigeration cycle
Drew Lilley and Ravi Prasher
SCIENCE 22 Dec 2022 Vol 378, Issue 6626 pp. 1344-1348 DOI: 10.1126/science.ade1696

Източник: 

Scientists Just Invented an Entirely New Way to Refrigerate Things, ScienceAlert

Ionocaloric Cooling: Novel Method of Refrigeration Developed, Sci.News