Zasada działania chłodzenia jonokalorycznego
Podczas gdy konwencjonalne klimatyzatory wykorzystują przemiany fazowe pomiędzy cieczą a gazem, nowa metoda bazuje na przejściu między stanem stałym a ciekłym. Kluczową rolę odgrywają tutaj jony pochodzące z soli, które po dodaniu do etylenowęglanu powodują jego stopienie i jednoczesne obniżenie temperatury. Proces ten można odwrócić poprzez usunięcie jonów, co prowadzi do krzepnięcia materiału i uwolnienia ciepła. W eksperymentach laboratoryjnych udało się osiągnąć różnicę temperatur wynoszącą 25 stopni Celsjusza przy zastosowaniu napięcia poniżej jednego wolta. Wynik ten przewyższa efektywność innych technologii kalorycznych testowanych w ostatnim czasie.
Czytaj też: Nowy stop metalu rozwiąże jeden z największych problemów energetyki jądrowej. Testy trwały niemal 3 lata
Krajowy krajobraz czynników chłodniczych to nierozwiązany problem: nikomu nie udało się opracować alternatywnego rozwiązania, które skutecznie chłodzi, działa wydajnie, jest bezpieczne i nie szkodzi środowisku – zauważa Drew Lilley z Berkeley Lab
Szczególnie interesujący aspekt tej technologii dotyczy wyboru materiału chłodzącego. Etylenowęglan produkuje się z dwutlenku węgla, co oznacza, iż jego powszechne zastosowanie mogłoby przyczynić się do usuwania CO2 z atmosfery. To ważny argument w kontekście międzynarodowych zobowiązań klimatycznych. Dotychczasowe alternatywy, w tym systemy wykorzystujące dwutlenek węgla jako czynnik chłodniczy, nie spełniły wszystkich oczekiwań pod względem wydajności lub bezpieczeństwa. Badacze przekonują, że ich rozwiązanie może funkcjonować również jako system grzewczy, co stanowi dodatkową korzyść w regionach, gdzie ogrzewanie przyczynia się znacząco do emisji gazów cieplarnianych.
Wyzwania komercjalizacyjne i przyszłość nowego podejścia
Obecnie technologia znajduje się we wczesnej fazie rozwoju. Drew Lilley i Ravi Prasher zabezpieczyli już tymczasowy patent na cykl chłodzenia jonokalorycznego, co otwiera drogę do dalszych prac.
Mamy ten zupełnie nowy cykl termodynamiczny i ramy, które łączą elementy z różnych dziedzin, i pokazaliśmy, że może on działać. Teraz nadszedł czas na eksperymenty, aby przetestować różne kombinacje materiałów i technik w celu sprostania wyzwaniom inżynieryjnym – wyjaśnia autor
Czytaj też: Fotowoltaiczny przełom. Nie uwierzysz, co zużyte panele słoneczne mogą zrobić dla klimatu
Przed naukowcami stoją typowe dla wczesnych etapów rozwoju pytania dotyczące trwałości systemu, kosztów produkcji oraz zachowania technologii podczas długotrwałej eksploatacji. Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie Science wskazują na obiecujące możliwości, ale dopiero gdy dalsze badania potwierdzą wstępne założenia, chłodzenie jonokaloryczne mogłoby stanowić istotny krok w kierunku zrównoważonego zarządzania temperaturą w budynkach. Technologia łączy w sobie potencjał wysokiej efektywności z korzyściami środowiskowymi, czego branża poszukuje od dłuższego czasu. Sukces tego przedsięwzięcia zależy od wielu czynników, w tym od dalszych postępów w optymalizacji procesu oraz znalezienia partnerów przemysłowych gotowych na inwestycje w nowatorskie rozwiązanie.