RW Space

Поприветствуйте ионокалорическое охлаждение. Это новый способ снижения температуры с возможностью замены существующих методов охлаждения на процесс, который более безопасен и полезнее для планеты.

Обычные холодильные системы отводят тепло из космоса с помощью жидкости, которая поглощает тепло при испарении в газ, который затем переносится через закрытую трубку и конденсируется обратно в жидкость.

Как бы ни был эффективен этот процесс, некоторые из материалов, которые мы используем в качестве хладагентов, — это особенно вреден для окружающей среды.

По теме: Ваш холодильник может быть инкубатором для бактерий: вот как это предотвратить

Однако существует несколько способов заставить вещество поглощать и отдавать тепловую энергию.

Метод, представленный в 2023 году и разработанный исследователями из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Калифорнийского университета, Беркли использует преимущества того, как энергия сохраняется или высвобождается, когда материал меняет фазу, например, когда твердый лед превращается в жидкую воду.

Повысьте температуру блока льда, и он растает. Чего мы, возможно, не так легко увидим, так это того, что таяние поглощает тепло из окружающей среды, эффективно охлаждая его.

Один из способов заставить лед таять без необходимости нагревания — добавить несколько заряженных частиц или ионов. Распространенным примером этого является посыпание дорог солью, чтобы предотвратить образование льда. Ионокалорический цикл также использует соль для изменения фазы жидкости и охлаждения окружающей среды.

«Хладагенты — это нерешенная проблема», — сказал инженер-механик Дрю Лилли из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии.

«Никто не разработал альтернативное решение, которое охлаждает вещи, работает эффективно, безопасно и не вредит окружающей среде. Мы считаем, что ионокалорический цикл имеет потенциал для достижения всех этих целей, если они будут реализованы должным образом».

Исследователи смоделировали теорию ионокалорического цикла, чтобы показать, как она потенциально может конкурировать или даже улучшить эффективность хладагентов, используемых сегодня. Ток, проходящий через систему, будет перемещать ионы в ней, сдвигая точку плавления материала и изменяя температуру.

Команда также провела эксперименты с использованием соли, приготовленной из йода и натрия, для плавления этиленкарбоната. Этот распространенный органический растворитель также используется в литий-ионных батареях и производится с использованием углекислого газа в качестве исходного сырья. Это может сделать систему не просто нулевым ПГП [потенциал глобального потепления], но и отрицательным ПГП.

Температурный сдвиг на 25 градусов по Цельсию (45 градусов по Фаренгейту) был измерен в результате применения заряда менее одного вольта в эксперименте, что превышает то, чего удалось достичь до сих пор другим тепловым технологиям.

«Мы пытаемся сбалансировать три вещи: ПГП хладагента, энергоэффективность и стоимость самого оборудования», — сказал инженер-механик Рави Прашер из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.

«С первой попытки наши данные выглядят очень многообещающе по всем трем аспектам».

системы сжатия паров, используемые в настоящее время в процессах охлаждения, основаны на газах с высоким ПГП, таких как различные гидрофторуглероды (ГФУ).

Страны, подписавшие Кигалийскую поправку, взяли на себя обязательство сократить производство и потребление ГФУ как минимум на 80 процентов в течение следующих 25 лет – и ионокалорическое охлаждение может сыграть важную роль в это.

Теперь исследователям необходимо перенести технологию из лаборатории в практические системы, которые можно будет использовать в коммерческих целях и которые можно будет масштабировать без каких-либо проблем. В конечном итоге эти системы можно будет использовать как для обогрева, так и для охлаждения.

В настоящее время проводятся исследования различных солей, чтобы выяснить, какие комбинации могут быть наиболее эффективными для отвода тепла из пространства. В 2025 году международная группа исследователей опубликовала результаты своего исследования высокоэффективной версии с использованием солей на основе нитратов, которые были переработаны с помощью электрических полей и мембран.

Это именно то, к чему Прашер и его команда ожидали, что их исследования приведут.

«У нас есть совершенно новый термодинамический цикл и структура, которая объединяет элементы из разных областей, и мы показали, что это может работа», — сказал Прашер.

«Теперь пришло время экспериментировать, чтобы протестировать различные комбинации материалов и методов для решения инженерных задач».

Исследование было опубликовано в журнале Science.

Предыдущая версия этой статьи была опубликована в январе 2023 года.