Begrüßen Sie die ionokalorische Kühlung: eine neue Art, die Merkur Das hat das Potenzial, bestehende Methoden durch etwas zu ersetzen, das sicherer und umweltfreundlicher ist.
Typische Kühlsysteme transportieren Wärme aus einem Raum über ein Gas weg, das sich abkühlt, wenn es sich in einiger Entfernung ausdehnt. So effektiv dieser Prozess auch ist, einige der ausgewählten Gase, die wir verwenden, sind es auch besonders unfreundlich für die Umwelt.
Es gibt jedoch mehr als einen Weg, wie eine Substanz gezwungen werden kann, Wärmeenergie zu absorbieren und abzugeben.
Eine neue Methode, die von Forschern des Lawrence Berkeley National Laboratory und der University of California, Berkeley, in den USA entwickelt wurde, macht sich die Art und Weise zunutze, wie Energie gespeichert oder freigesetzt wird, wenn ein Material seine Phase ändert, wie z. B. wenn sich festes Eis in flüssiges Wasser verwandelt Beispiel.
Erhöhen Sie die Temperatur auf einem Eisblock, er schmilzt. Was wir vielleicht nicht so leicht sehen, ist, dass das Schmelzen Wärme aus seiner Umgebung aufnimmt und sie effektiv kühlt.
Eine Möglichkeit, Eis zum Schmelzen zu bringen, ohne die Hitze erhöhen zu müssen, besteht darin, ein paar geladene Teilchen oder Ionen hinzuzufügen. Das Streuen von Salz auf Straßen, um Eisbildung zu verhindern, ist ein gängiges Beispiel dafür. Der ionokalorische Zyklus verwendet auch Salz, um die Phase einer Flüssigkeit zu ändern und ihre Umgebung zu kühlen.
„Die Kältemittellandschaft ist ein ungelöstes Problem“, sagt Maschinenbauingenieur Drew Lilley, vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien. „Niemand hat erfolgreich eine alternative Lösung entwickelt, die Sachen kalt macht, effizient arbeitet, sicher ist und die Umwelt nicht belastet.“
„Wir glauben, dass der ionokalorische Zyklus das Potenzial hat, all diese Ziele zu erreichen, wenn er angemessen umgesetzt wird.“
Die Forscher modellierten die Theorie des ionokalorischen Zyklus, um zu zeigen, wie er möglicherweise mit der Effizienz der heute verwendeten Kältemittel konkurrieren oder diese sogar verbessern könnte. Ein durch das System fließender Strom würde die darin enthaltenen Ionen bewegen und den Schmelzpunkt des Materials verschieben, um die Temperatur zu ändern.
Das Team führte auch Experimente mit einem aus Jod und Natrium hergestellten Salz durch, um Ethylencarbonat zu schmelzen. Dieses übliche organische Lösungsmittel wird auch in Lithium-Ionen-Batterien verwendet und wird unter Verwendung von Kohlendioxid als Input hergestellt. Das könnte das System nicht nur zu GWP machen [global warming potential] Null, aber negatives GWP.
Eine Temperaturverschiebung von 25 Grad Celsius (45 Grad Fahrenheit) wurde durch die Anwendung von weniger als einem einzigen Volt Ladung im Experiment gemessen, ein Ergebnis, das übertrifft, was andere kalorische Technologien bisher erreicht haben.
„Es gibt drei Dinge, die wir versuchen auszugleichen: das GWP des Kältemittels, die Energieeffizienz und die Kosten der Ausrüstung selbst.“ sagt Maschinenbauingenieur Ravi Prashervom Lawrence Berkeley National Laboratory.
„Vom ersten Versuch an sehen unsere Daten in Bezug auf alle drei Aspekte sehr vielversprechend aus.“
Die derzeit in Kühlprozessen verwendeten Dampfkompressionssysteme beruhen auf Gasen mit hohem GWP, wie z. B. verschiedenen Fluorkohlenwasserstoffen (HFCs). Länder, die die Kigali-Änderung unterzeichnet haben, haben sich verpflichtet, die Produktion und den Verbrauch von HFKW in den nächsten 25 Jahren um mindestens 80 Prozent zu reduzieren – und die ionokalorische Kühlung könnte dabei eine wichtige Rolle spielen.
Jetzt müssen die Forscher die Technologie aus dem Labor in praktische Systeme bringen, die kommerziell genutzt werden können und sich problemlos skalieren lassen. Schließlich könnten diese Systeme sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen verwendet werden.
„Wir haben diesen brandneuen thermodynamischen Zyklus und Rahmen, der Elemente aus verschiedenen Bereichen zusammenbringt, und wir haben gezeigt, dass es funktionieren kann“, sagt Prasher.
„Jetzt ist es an der Zeit zu experimentieren, um verschiedene Kombinationen von Materialien und Techniken zu testen, um die technischen Herausforderungen zu meistern.“
Die Forschung wurde in veröffentlicht Wissenschaft.