Επιστήμονες επινόησαν έναν εντελώς νέο τρόπο για να ψύχουν πράγματα

07:23 30/10/2024 - Πηγή: Huffington Post Greece

Πείτε γεια στην ιοντοθερμιδική ψύξη. Επιστήμονες βρήκαν ένα νέο τρόπο για να μειωθούν οι θερμοκρασίες με τη δυνατότητα να αντικατασταθούν οι υπάρχουσες μεθόδοι ψύξης με μια διαδικασία που είναι ασφαλέστερη και καλύτερη για τον πλανήτη.

Τυπικά συστήματα ψύξης μεταφέρουν θερμότητα μακριά από ένα χώρο μέσω ενός ρευστού 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 υλικά που χρησιμοποιούμε ως ψυκτικά είναι ιδιαίτερα μη φιλικά προς το περιβάλλον.

Ωστόσο, υπάρχουν περισσότεροι από ένας τρόποι με τους οποίους μια ουσία μπορεί να αναγκαστεί να απορροφήσει και να αποβάλει 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 ένα υλικό αλλάζει φάση, όπως όταν ο στερεός πάγος μετατρέπεται σε υγρό νερό.

Ανεβάστε τη θερμοκρασία σε ένα κομμάτι πάγου, θα λιώσει. Αυτό που μπορεί να μην βλέπουμε τόσο εύκολα είναι ότι το λιώσιμο απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον του, δροσίζοντάς το αποτελεσματικά.

Ένας τρόπος για να εξαναγκάσετε 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 να αποφευχθεί ο σχηματισμός πάγου είναι ένα κοινό παράδειγμα αυτού στην πράξη. Ο ιοντοθερμιδικός κύκλος χρησιμοποιεί επίσης αλάτι για να αλλάξει τη φάση ενός υγρού και να ψύξει το περιβάλλον του.

«Το τοπίο των ψυκτικών είναι ένα άλυτο πρόβλημα», είπε ο μηχανολόγος μηχανικός Drew Lilley από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley στην Καλιφόρνια τον Ιανουάριο του 2023.

«Κανείς δεν έχει αναπτύξει με επιτυχία μια εναλλακτική λύση που κάνει τα πράγματα κρύα, λειτουργεί αποτελεσματικά, είναι ασφαλές και δεν βλάπτει το περιβάλλον. Πιστεύουμε ότι ο ιοντοθερμιδικός κύκλος έχει τη δυνατότητα να εκπληρώσει όλους αυτούς τους στόχους, εάν υλοποιηθεί σωστά.»

Οι ερευνητές μοντελοποίησαν τη θεωρία του ιοντοθερμιδικού κύκλου για να δείξουν πώς θα μπορούσε ενδεχομένως να ανταγωνιστεί, ή ακόμα και να βελτιώσει, την αποτελεσματικότητα των ψυκτικών που χρησιμοποιούνται σήμερα.

Ένα ρεύμα που διέρχεται από το σύστημα θα μετακινούσε τα ιόντα σε αυτό, μετατοπίζοντας το σημείο τήξης του υλικού σε αλλαγή θερμοκρασίας.

Η ομάδα διεξήγαγε επίσης πειράματα χρησιμοποιώντας ένα αλάτι φτιαγμένο με ιώδιο και νάτριο για να λιώσει 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 GWP [δυναμικό θέρμανσης του πλανήτη] μηδενικό, αλλά GWP αρνητικό.

Μια μετατόπιση θερμοκρασίας 25 βαθμών Κελσίου μετρήθηκε μέσω της εφαρμογής λιγότερο από ένα βολτ φόρτισης στο πείραμα, ένα αποτέλεσμα που ξεπερνά αυτό που έχουν καταφέρει να επιτύχουν μέχρι στιγμής άλλες θερμιδικές τεχνολογίες.

«Υπάρχουν τρία πράγματα που προσπαθούμε να εξισορροπήσουμε: το GWP του ψυκτικού μέσου, την ενεργειακή απόδοση και το κόστος του ίδιου του εξοπλισμού», δήλωσε ο μηχανολόγος μηχανικός Ravi Prasher από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley.

«Από την πρώτη προσπάθεια, τα δεδομένα μας φαίνονται πολλά υποσχόμενα και για τις τρεις αυτές πτυχές».

Τα συστήματα συμπίεσης ατμών που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος στις διεργασίες ψύξης βασίζονται σε αέρια που έχουν υψηλό GWP, 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 ιοντοθερμιδική ψύξη θα μπορούσε να παίξει σημαντικό ρόλο σε αυτό.

Τώρα, οι ερευνητές πρέπει να βγάλουν την τεχνολογία από το εργαστήριο και σε πρακτικά συστήματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν εμπορικά και που κλιμακώνονται χωρίς προβλήματα. Τελικά, αυτά τα συστήματα θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν τόσο για θέρμανση όσο και για ψύξη.

«Έχουμε αυτόν τον ολοκαίνουργιο θερμοδυναμικό κύκλο και πλαίσιο που συγκεντρώνει στοιχεία από διαφορετικά πεδία και δείξαμε ότι μπορεί να λειτουργήσει», δήλωσε ο Prasher .

 «Τώρα, ήρθε η ώρα για πειραματισμούς για να δοκιμάσουμε διαφορετικούς συνδυασμούς υλικών και τεχνικών για να ανταποκριθούμε στις προκλήσεις της μηχανικής».

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Science .