Mokslo ir technologijų pasaulis

Įprastinės šaldymo sistemos pašalina šilumą iš erdvės naudodamos dujas, kurios plėsdamosi tam tikru atstumu vėsta. Nors šis procesas yra veiksmingas, kai kurios pasirinktos medžiagos, kurias naudojame kaip šaldymo priemones, yra ypač nepalankios aplinkai.

Tačiau yra daugiau nei vienas būdas, kaip medžiaga gali sugerti ir atiduoti šilumos energiją.

Lawrence Berkeley JAV Nacionalinės laboratorijos ir Kalifornijos universiteto Berklyje (JAV) mokslininkų sukurtas metodas leidžia efektyviai išnaudoti tai, kaip energija kaupiasi arba išsiskiria medžiagai keičiant būseną – pavyzdžiui, kai kietas ledas virsta skystu vandeniu.

Akivaizdu, kad pakėlus patalpos, kurioje yra ledo gabalas, temperatūrą, jis ištirps. Ko galbūt taip lengvai nepastebėsime, yra tai, kad tirpdamas ledas sugeria šilumą iš jį supančios aplinkos, efektyviai ją atvėsindamas.

Vienas iš būdų, kaip priversti ledą tirpti nepadidinant karščio, yra pridėti keletą įkrautų dalelių – jonų. Dažnas pavyzdys – druskos barstymas ant kelių, kad nesusidarytų ledas. Jonokaloriniame (angl. ionocaloric) cikle druska taip pat naudojama skysčio būsenai pakeisti ir aplinkai atvėsinti.

„Iki šiol niekam nepavyko sėkmingai sukurti alternatyvaus sprendimo, kuris vėsintų, veiktų efektyviai, būtų saugus ir nekenktų aplinkai. Manome, kad jonokalorinis ciklas gali atitikti visus šiuos tikslus, jei bus tinkamai įgyvendintas“, – teigia mechanikos inžinierius Drewas Lilley iš Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos Kalifornijoje.

Tyrėjai modeliavo jonokalorinio ciklo teoriją siekdami parodyti, kad šis šaldymo metodas gali konkuruoti su šiandien naudojamų šaldymo medžiagų efektyvumu. Rezultatas – per sistemą tekanti srovė judina joje esančius jonus ir tokiu būdu pakeičia jos tirpimo temperatūrą, kuri savo ruožtų paveikia aplinkos temperatūrą.

Komanda taip pat atliko eksperimentus, etileno karbonato tirpinimui naudodama iš jodo ir natrio pagamintą druską. Šis įprastas organinis tirpiklis taip pat naudojamas ličio jonų akumuliatoriuose ir gaminamas naudojant anglies dioksidą. Dėl to naujosios šaldymo sistemos pasaulinio atšilimo potencialas (angl. global warming potential, GWP) galėtų būti ne tik nulinis, bet ir neigiamas.

Eksperimento metu, panaudojus mažiau nei vieną voltą krūvio, buvo išmatuotas 25 °C temperatūros pokytis – o tai pranoksta rezultatus, kuriuos iki šiol pavyko pasiekti kitomis panašiomis technologijomis.

„Stengiamės suderinti tris dalykus: šaldymo agento GWP, energijos vartojimo efektyvumą ir pačios įrangos kainą, – pasakoja Lawrence Berkeley nacionalinės laboratorijos mechanikos inžinierius Ravi Prasheris. – Iš pirmojo bandymo matyti, kad mūsų duomenys visais šiais trimis aspektais atrodo labai perspektyvūs“.

Šiuo metu šaldymo procesuose naudojamose garų suspaudimo sistemose naudojamos dujos, turinčios didelį GWP – pavyzdžiui, įvairūs hidrofluorangliavandeniliai (HFC). Kigalio pataisą pasirašiusios šalys įsipareigojo per ateinančius 25 metus sumažinti HFC gamybą ir vartojimą bent 80 proc, tad ši HFC nenaudojanti jonakolorinė šaldymo sistema būtų puiki alternatyva.

Dabar tereikia, kad ši technologija, sukurta ir išmėginta laboratorijoje, būtų įdiegta į praktines sistemas, kurias būtų galima naudoti komerciniais tikslais. Ilgainiui šios sistemos galėtų būti naudojamos ne tik vėsinimui, bet ir šildymui.

Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „Science“.

Parengta pagal „Science Alert“.