Поздоровайтесь с ионокалорическим охлаждением: новым способом снижения содержания ртути, который потенциально может заменить существующие методы чем-то более безопасным для планеты.
Типичные холодильные системы отводят тепло от помещения с помощью газа, который охлаждается по мере расширения на некоторое расстояние. Каким бы эффективным ни был этот процесс, некоторые газы, которые мы используем, особенно вредны для окружающей среды. Однако существует несколько способов заставить вещество поглощать и отдавать тепловую энергию.
Новый метод, разработанный исследователями из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Беркли в США, использует преимущества накопления или высвобождения энергии при изменении фазы материала, например, когда твердый лед превращается в жидкую воду.
Обратная сторона охлаждения
Для примера поднимем температуру глыбы льда, и она, конечно же, растает. При этом мы обычно не замечаем, что плавление поглощает тепло из окружающей среды, на самом деле эффективно охлаждая ее. Это будет особенно хорошо ощущаться, если глыба льда тает в небольшом герметичном помещении.
Один из способов заставить лед таять без нагрева — добавить несколько заряженных частиц или ионов. Посыпание дорог солью для предотвращения образования льда является распространенным примером этого в действии. Ионокалорический цикл также использует соль для изменения фазы жидкости и охлаждения окружающей среды.
«Ландшафт хладагентов — это нерешенная проблема», — признался инженер-механик Дрю Лилли из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в Калифорнии. По его словам, никто так и не смог успешно разработать альтернативное решение, которое охлаждает продукты, работает эффективно, безопасно и не наносит вреда окружающей среде.
«Мы думаем, что ионокалорический цикл может достичь всех этих целей, если его правильно реализовать» — отмечает ученый.
Современные решения
Исследователи смоделировали теорию ионокалорического цикла, чтобы показать, как она потенциально может конкурировать или даже улучшать эффективность используемых сегодня хладагентов. Ток, проходящий через систему, перемещал бы в ней ионы, сдвигая точку плавления материала, чтобы изменить температуру.
Команда также провела эксперименты с использованием соли, приготовленной из йода и натрия, для плавления этиленкарбоната. Этот распространенный органический растворитель также используется в литий-ионных батареях и производится с использованием углекислого газа в качестве исходного материала. Это может сделать систему не только нулевой, но и отрицательной.
Температурный сдвиг на 25 градусов по Цельсию был измерен за счет приложения менее одного вольта заряда в эксперименте, результат, который превосходит то, что до сих пор удавалось достичь с помощью других калорических технологий. «С первой попытки наши данные выглядят очень многообещающе по всем трем аспектам», — заявил инженер-механик Рави Прашер из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.
Системы сжатия пара, используемые в настоящее время в процессах охлаждения, основаны на газах с высоким ПГП, таких как различные гидрофторуглероды (ГФУ). Страны, подписавшие Кигалийскую поправку, обязались сократить производство и потребление ГФУ не менее чем на 80% в течение следующих 25 лет, и ионокалорическое охлаждение может сыграть в этом важную роль.
Теперь исследователям необходимо перенести технологию из лаборатории в практические системы, которые можно использовать в коммерческих целях и которые можно масштабировать без каких-либо проблем. В конце концов, эти системы можно было использовать как для обогрева, так и для охлаждения.