В мире, где экологические проблемы стоят на первом месте, поиск экологичных альтернатив повседневным процессам является чрезвычайно важным. Одной из областей, давно нуждающихся в экологически чистых решениях, является холодильная техника. Современные методы охлаждения, основанные на использовании газов с высоким потенциалом глобального потепления (GWP), представляют значительную угрозу для окружающей среды. Однако новая революционная технология, получившая название ионокалорического охлаждения, стала потенциальным революционным решением.
В основе концепции ионокалорического охлаждения лежит принцип использования энергии, накапливаемой или высвобождаемой при фазовом переходе материала. Когда твердое вещество, например лед, тает, оно поглощает тепло из окружающей среды, эффективно охлаждая ее. Включение в уравнение заряженных частиц, или ионов, позволяет ускорить этот процесс без дополнительного выделения тепла.
Одним из примеров ионокалорического охлаждения в действии является широко распространенная практика использования соли для предотвращения образования льда на дорогах. Добавление соли изменяет фазовый состав жидкости, заставляя ее поглощать тепло и охлаждать окружающую среду. Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета в Беркли пошли дальше и разработали метод, который может произвести революцию в холодильных системах.
"Ландшафт хладагентов - это нерешенная проблема", - говорит инженер-механик Дрю Лилли из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. "Никто не смог успешно разработать альтернативное решение, которое бы обеспечивало холод, работало эффективно, было безопасным и не вредило окружающей среде".
При правильной реализации ионокалорический цикл может отвечать всем этим критериям. Исследователи провели обширное моделирование и эксперименты, чтобы продемонстрировать его эффективность и жизнеспособность. Подавая ток на систему, можно перемещать ионы внутри нее, изменяя температуру плавления материала и тем самым меняя его температуру.
В своих экспериментах команда использовала соль, состоящую из йода и натрия, для расплавления этиленкарбоната - распространенного органического растворителя, используемого в литий-ионных батареях. Примечательно, что для производства этого растворителя используется углекислый газ, что делает ионокалорическую систему не только нулевой, но и потенциально отрицательной по GWP.
Результаты оказались впечатляющими: сдвиг температуры на 25 градусов Цельсия (45 градусов по Фаренгейту) был достигнут при использовании менее одного вольта заряда. Это превосходит возможности других существующих в настоящее время калорических технологий.
"Мы пытаемся сбалансировать три ключевых фактора: GWP хладагента, энергоэффективность и стоимость оборудования", - поясняет инженер-механик Рави Прашер из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. "С первой попытки наши данные выглядят очень многообещающе по всем трем этим аспектам".
Последствия ионокалорического охлаждения выходят за рамки его эффективности и экономичности. Поскольку страны всего мира обязуются сократить производство и потребление газов с высоким ПГП в рамках таких инициатив, как Кигальская поправка, новая технология может сыграть важную роль в достижении этих целей.
В заключение следует отметить, что ионокалорическое охлаждение представляет собой принципиально новое решение экологических проблем, возникающих при использовании традиционных методов охлаждения. Благодаря своей способности эффективно охлаждать, безопасно работать и оказывать минимальное воздействие на окружающую среду, эта инновационная технология способна произвести революцию в холодильной отрасли и внести свой вклад в построение более устойчивого будущего.
