Студија во списанието „Сајенс“
Додавањето сол на патиштата пред зимската бура се менува кога ќе се формира мраз. Истражувачите од одделот за енергија на националната лабораторија „Лоренс Беркли“ го примениле овој основен концепт за да развијат нов метод на греење и ладење. Техниката, која тие ја нарекоа јонокалориско ладење, е опишана во трудот објавен неодамна во списанието „Сајенс“.
Јонокалориското ладење ги користи предностите на тоа како енергијата или топлината се складираат или ослободуваат кога материјалот ја менува фазата – како што е промената од цврст мраз во течна вода. Топењето на материјалот ја апсорбира топлината од околината, додека неговото зацврстување ослободува топлина. Јонокалорискиот циклус ја предизвикува оваа фаза и промена на температурата преку протокот на јони (електрично наелектризирани атоми или молекули) што доаѓаат од солта.
Истражувачите се надеваат дека методот еден ден би можел да обезбеди ефикасно греење и ладење, што претставува повеќе од половина од енергијата што се користи во домовите и да помогне постепено да се исфрлат сегашните системи за „компресија на пареа“, кои користат гасови со висок потенцијал за глобално затоплување како средства за ладење. Јонокалориското ладење би го елиминирало ризикот од испуштање такви гасови во атмосферата со нивна замена со цврсти и течни компоненти.
– Глетката на средствата за ладење е нерешен проблем: никој не развил успешно алтернативно решение што ги одржува работите ладни, работи ефикасно, безбедно и не ѝ штети на животната средина. Сметаме дека јонокалорискиот циклус има потенцијал да ги исполни сите овие цели доколку се спроведе на соодветен начин – рече Дру Лили, дипломиран истражувачки асистент во „Лоренс Беркли“, кој ја водел студијата.
Наоѓањето решение што ќе ги замени сегашните средства за ладење е од суштинско значење за земјите да ги исполнат целите за климатските промени, како што се оние во амандманот Кигали (прифатен од 145 страни, вклучувајќи ги и САД во октомври 2022 година). Договорот ги обврзува потписниците да ги намалат производството и потрошувачката на флуоројаглеводороди (HFC) за најмалку 80 отсто во следните 25 години. ХФЦ се моќни стакленички гасови што вообичаено се наоѓаат во фрижидерите и системите за климатизација и можат да ја задржат топлината илјадници пати поефикасно од јаглерод диоксидот.
Неколку вида „калориско“ ладење во развој
Новиот јонокалориски циклус се придружува на неколку други вида „калориско“ ладење во развој. Овие техники користат различни методи, вклучувајќи магнетизам, притисок, истегнување и електрични полиња, за манипулирање со цврсти материјали, така што тие апсорбираат или ослободуваат топлина. Јонокалориското ладење се разликува со користење јони за да се поттикнат фазни промени од цврсто во течно. Употребата на течност ја има дополнителната придобивка што го прави материјалот да може да се пумпа, што го олеснува внесувањето на топлината во или надвор од системот – нешто со што се бореше ладењето во цврста состојба.
Лили и коавторот на студијата Рави Прашер, соработник за енергетска технологија во „Лоренс Беркли“, ја изложија теоријата зад јонокалорискиот циклус. Тие пресметаа дека има потенцијал да се спротивстави или дури и да ја надмине ефикасноста на гасните средства за ладење што се наоѓаат во повеќето системи денес. Тие, исто така, експериментално ја демонстрираа техниката. Лили користел сол направена од јод и натриум, заедно со етилен карбонат, вообичаен органски растворувач што се користи во литиумјонските батерии.
– Постои потенцијал да имате средства за ладење што не само што се ГВП (потенцијал за глобално затоплување) – нула, туку се ГВП-негативни. Користењето материјал како етилен карбонат всушност може да биде негативно на јаглеродот, бидејќи го произведувате користејќи јаглерод диоксид како влез – рече Лили.
Привремен патент за циклусот на јонокалориско ладење
Струјата што минува низ системот ги движи јоните, менувајќи ја точката на топење на материјалот. Кога се топи, материјалот ја апсорбира топлината од околината, а кога ќе се отстранат јоните и материјалот ќе се зацврсти, тој ја враќа топлината. Првиот експеримент покажа промена на температурата од 25 Целзиусови степени со користење помалку од еден волт, што е поголемо зголемување на температурата од она што го покажуваат другите калориски технологии.
– Има три работи што се обидуваме да ги балансираме: ГВП на разладното средство, енергетската ефикасност и цената на самата опрема. Од првиот обид нашите податоци изгледаат многу ветувачки во сите три аспекти – вели Прашер.
Додека калориските методи често се дискутираат во однос на нивната моќ на ладење, циклусите може да се користат и за апликации како што се загревање вода или индустриско греење. Тимот продолжува да работи на прототипови за да утврди како би можела да се приспособи техниката за да поддржува големи количества на ладење, да го подобри количеството на температурна промена што системот може да ја поддржи и да ја подобри ефикасноста.
– Го имаме овој нов термодинамички циклус и рамка што ги спојува елементите од различни области и покажавме дека може да работи. Сега е време да се експериментира за да се тестираат различни комбинации на материјали и техники за справување со инженерските предизвици – рече Прашер.
Лили и Прашер добија привремен патент за циклусот на јонокалориско ладење, а технологијата сега е достапна за лиценцирање.
