Tradycyjne systemy chłodzenia – w tym klimatyzatory – działają w ten sposób, że czynnik chłodniczy zmienia się w gaz lub ciecz. Gdy ciecz staje się gazem, rozszerza się i pochłania ciepło, chłodząc pomieszczenie lub wnętrze lodówki. Sprężarka zamienia gaz z powrotem w ciecz, uwalniając ciepło. W przypadku klimatyzatorów to ciepło jest kierowane na zewnątrz domu. Choć cykl ten jest wydajny, obawy związane ze zmianami klimatycznymi i surowsze przepisy dotyczące czynników chłodniczych z grupy fluorowęglowodorów skłaniają do poszukiwania czynników bardziej przyjaznych dla środowiska.
Idealnym rozwiązaniem wydają się być czynniki chłodnicze pod postacią ciał stałych. W przeciwieństwie do gazów, nie przedostają się one do środowiska z klimatyzatorów. Czynniki chłodnicze, zwane materiałami barokalorycznymi, działają podobnie do gazowo-cieczowych systemów chłodzenia. Wykorzystują zmiany ciśnienia do przejścia przez cykle cieplne, ale w tym przypadku ciśnienie powoduje przemianę fazową ciała stałego w ciało stałe. Oznacza to, że materiał pozostaje ciałem stałym, ale zmienia się jego struktura molekularna.
Materiały barokaloryczne zawierają długie, elastyczne łańcuchy molekularne, które zazwyczaj są nieregularne i nieuporządkowane. Jednak pod wpływem ciśnienia łańcuchy te stają się bardziej uporządkowane i sztywne – zmiana ta powoduje wydzielanie ciepła. Proces przechodzenia od uporządkowanej do nieuporządkowanej struktury przypomina topienie wosku, ale bez przekształcania go w ciecz. Kiedy ciśnienie zostaje zwolnione, materiał ponownie absorbuje ciepło, kończąc cykl.Dr Jarad Mason z Uniwersytetu Harvarda
Wadą systemów barokalorycznych jest jednak to, że większość tych materiałów wymaga ogromnego ciśnienia do napędzania cykli cieplnych. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Harvarda stworzyli prototyp urządzenia opartego na materiałach barokalorycznych. Urządzenie składa się z trzech głównych części. Jedną z nich jest metalowa rura wypełniona stałym czynnikiem chłodniczym i obojętną cieczą – wodą lub olejem. Kolejnym elementem urządzenia jest tłok hydrauliczny, który wywiera ciśnienie na ciecz. Wreszcie, ciecz pomaga przenieść to ciśnienie na czynnik chłodniczy i pomaga w przenoszeniu ciepła przez system.
Naukowcy wykazali, że materiały barokaloryczne działają jako funkcjonalne czynniki chłodnicze, przekształcając zmiany ciśnienia w pełne cykle zmiany temperatury.
Nasz system nadal nie wykorzystuje ciśnień tak niskich jak w komercyjnych systemach chłodniczych, ale jesteśmy coraz bliżej. Według naszej wiedzy, jest to pierwszy działający system chłodzenia wykorzystujący półprzewodnikowe czynniki chłodnicze, które polegają na zmianach ciśnienia.Dr Jarad Mason
Teraz uczeni chcą przetestować rożne materiały barokaloryczne do stworzenia idealnego klimatyzatora, który będzie zarówno wydajny, jak i ekologiczny.
