Az ionokalorikus hűtés egy új, innovatív módszer a hőmérséklet csökkentésére, amely potenciálisan kiválthatja a jelenlegi hűtési eljárásokat egy biztonságosabb és környezetbarátabb megoldással. Ez a technológia 2023-ban került bemutatásra, és azóta is nagy figyelmet kap a fenntartható hűtéstechnika területén.
A hagyományos hűtési rendszerek korlátai
A legtöbb jelenleg használt hűtőrendszer úgy működik, hogy egy folyadék elpárologva elnyeli a hőt egy adott térből, majd zárt csővezetéken keresztül eljut egy kondenzátorhoz, ahol visszaalakul folyadékká. Ez a folyamat hatékony, azonban az alkalmazott hűtőközegek – például bizonyos hidrofluorkarbonok (HFC-k) – jelentős környezeti terhelést jelentenek, mivel magas globális felmelegedési potenciállal (GWP) rendelkeznek.
Kapcsolódó érdekesség: Tudta, hogy a hűtőszekrényünk akár baktériumok tenyészhelye is lehet? Íme néhány tipp a megelőzéshez.
Az ionokalorikus ciklus alapelvei
Az ionokalorikus hűtés lényege, hogy egy anyag fázisváltozásának során tárolt vagy felszabaduló energiát használja fel. Például amikor a jég megolvad vízzé, elnyeli a környezetéből származó hőt, így lehűti azt. Az ionokalorikus ciklus ezt az elvet alkalmazza úgy, hogy az anyag olvadáspontját ionok hozzáadásával változtatja meg.
A sózás például jól ismert módszer arra, hogy megakadályozzuk a jég képződését az utak felületén: az ionok befolyásolják az olvadáspontot. Az ionokalorikus ciklusban hasonlóan sókat alkalmaznak egy folyadék fázisának megváltoztatására és ezáltal a környezet lehűtésére.
A kutatás háttere és eredményei
A Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium és a Kaliforniai Egyetem kutatói által fejlesztett ionokalorikus rendszerben elektromos áram segítségével mozgatják az ionokat, ezzel módosítva az anyag olvadáspontját és így a hőmérsékletet. Kísérleteik során jód- és nátriumalapú sókat használtak etilén-karbonát oldószerrel, amelyet lítium-ion akkumulátorokban is alkalmaznak. Ez az oldószer szén-dioxidból készül, így maga a rendszer nemcsak nulla globális felmelegedési potenciállal bírhat, hanem akár negatív GWP értéket is elérhet.
A kísérletek során kevesebb mint 1 volt elektromos feszültség alkalmazásával 25 Celsius-fokos (45 Fahrenheit-fokos) hőmérsékletváltozást mértek – ez kiemelkedően jó eredmény más kalorikus technológiákhoz képest.
Környezeti előnyök és gyakorlati kihívások
Drew Lilley gépészmérnök szerint „a hűtőközegek problémája még mindig megoldatlan”, mivel eddig nem sikerült olyan alternatívát találni, amely egyszerre hatékony, biztonságos és környezetbarát. Az ionokalorikus ciklus azonban ígéretes megoldás lehet ezen kihívásokra.
Ravi Prasher gépészmérnök hangsúlyozta: „Három tényezőt próbálunk egyensúlyba hozni: a hűtőközeg globális felmelegedési potenciálját (GWP), az energiahatékonyságot és magának a berendezésnek a költségét. Első próbálkozásra mindhárom területen nagyon ígéretes adatokat kaptunk.”
A jövő kilátásai és további kutatások
Bár az ionokalorikus technológia jelenleg még laboratóriumi fázisban van, céljuk minél hamarabb gyakorlati alkalmazásokba átültetni azt. A rendszer nemcsak hűtésre lehet alkalmas, hanem később akár fűtési célokra is használható lesz.
Jelenleg különböző sókombinációkat tesztelnek annak érdekében, hogy megtalálják a leghatékonyabb anyagokat a hőelvonásra. Egy 2025-ös nemzetközi kutatás például nitrát-alapú sókat vizsgált, amelyeket elektromos térrel és membránokkal újrahasznosítottak – ez megerősíti Prasher csapatának előzetes várakozásait.
„Egy teljesen új termodinamikai ciklust és keretrendszert alkottunk meg, amely különböző tudományterületek elemeit ötvözi, és bebizonyítottuk működőképességét” – mondta Prasher. „Most kísérletezni kell különböző anyagkombinációkkal és technikákkal az ipari kihívások leküzdéséhez.”
Összegzés
Az ionokalorikus hűtés forradalmi újítás lehet a fenntartható klímatechnológiák között. A hagyományos gázalapú rendszerekkel szemben ez az eljárás nemcsak hatékonyabb lehet, hanem jelentős mértékben csökkentheti az üvegházhatású gázok kibocsátását is. Amint sikerül kereskedelmi méretben is alkalmazni ezt a technológiát, várhatóan jelentős előrelépést hozhat mindennapi életünkben és bolygónk védelmében.
A kutatás eredményeit részletesen bemutató tanulmány a Science folyóiratban jelent meg.
Forrás: https://www.sciencealert.com/scientists-invented-an-entirely-new-way-to-refrigerate