Встречайте ионно-калорическое охлаждение! Этот новый метод обещает стать безопасной и экологичной альтернативой традиционным системам охлаждения.

Обычные холодильные системы работают по принципу отвода тепла с использованием хладагентов, которые переходят из жидкого состояния в газообразное и обратно. Хотя такой процесс эффективен, используемые хладагенты часто оказываются вредными для окружающей среды.

Но существует и другой подход к отведению тепла. Группа учёных из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета в Беркли предложила метод, основанный на фазовых переходах — например, когда лёд превращается в воду, он поглощает тепло из окружающей среды, создавая охлаждающий эффект.

Интересно, что таяние можно запустить, не повышая температуры. Добавление ионов, например соли, понижает точку плавления льда, и этот принцип и положен в основу ионно-калорического цикла. Мы видим это в повседневной жизни, когда зимой посыпаем дороги солью, чтобы растопить лёд.

«Проблема хладагентов остаётся нерешённой, - заявил в январе 2023 года инженер Дрю Лилли. - Наша команда считает, что ионно-калорический цикл способен решить эту задачу: он может быть экологичным, безопасным и эффективным».

Учёные разработали модель ионно-калорического цикла, показав, что его эффективность может конкурировать с традиционными хладагентами или даже превосходить их. В системе протекает электрический ток, который перемещает ионы и сдвигает точку плавления материала, изменяя его температуру.

В лабораторных испытаниях команда использовала смесь на основе соли из йода и натрия, которая плавила этиленкарбонат, также применяемый в литий-ионных батареях и производимый с использованием углекислого газа. Такая система могла бы не только снизить выбросы парниковых газов, но и потенциально иметь «отрицательный ПГП» (потенциал глобального потепления).                В ходе экспериментов изменение температуры достигло 25 градусов по Цельсию при подаче менее одного вольта, что превосходит результаты других калорических технологий.

«Мы стремимся достичь трёх целей: снизить ПГП, повысить энергоэффективность и снизить стоимость, - объяснил инженер Рави Прашер. - Судя по первым результатам, ионно-калорическая технология отвечает этим задачам».

Современные парокомпрессионные системы, широко используемые в холодильниках, работают с хладагентами, имеющими высокий ПГП, такими как гидрофторуглероды (ГФУ). Согласно Кигалийской поправке, страны обязались сократить производство и использование ГФУ на 80% в ближайшие 25 лет. Ионно-калорическое охлаждение может сыграть здесь ключевую роль.

Следующий шаг для учёных — адаптировать технологию для промышленного применения. Исследователи уверены, что ионно-калорическое охлаждение сможет служить не только для охлаждения, но и для отопления.

«Мы разработали новый термодинамический цикл, который объединяет элементы из разных областей, - подытожил Прешер. - Теперь настало время испытаний, чтобы определить оптимальные комбинации материалов и технологий для его практического применения».

Источник: Science