Wissenschaftler haben ein völlig neues Verfahren zum Kühlen von Dingen erfunden: ScienceAlert

Sep 05, 2023

Begrüßen Sie die ionokalorische Kühlung. Es handelt sich um einen neuen Weg, die Temperaturen zu senken, mit dem Potenzial, bestehende Kühlmethoden durch einen Prozess zu ersetzen, der sicherer und besser für den Planeten ist.

Typische Kühlsysteme transportieren Wärme aus einem Raum über eine Flüssigkeit, die beim Verdampfen Wärme aufnimmt und in ein Gas übergeht, das dann durch ein geschlossenes Rohr transportiert und wieder zu einer Flüssigkeit kondensiert wird. So effektiv dieser Prozess auch ist, einige der ausgewählten Materialien, die wir als Kältemittel verwenden, sind besonders umweltschädlich.

Es gibt jedoch mehr als eine Möglichkeit, wie ein Stoff gezwungen werden kann, Wärmeenergie aufzunehmen und abzugeben.

Eine von Forschern des Lawrence Berkeley National Laboratory und der University of California in Berkeley in den USA entwickelte Methode nutzt die Art und Weise aus, wie Energie gespeichert oder freigesetzt wird, wenn ein Material seine Phase ändert, beispielsweise wenn sich festes Eis in flüssiges Wasser verwandelt .

Erhöhen Sie die Temperatur auf einem Eisblock, er schmilzt. Was wir vielleicht nicht so leicht erkennen, ist, dass das Schmelzen Wärme aus seiner Umgebung absorbiert und diese effektiv kühlt.

Eine Möglichkeit, Eis zum Schmelzen zu bringen, ohne die Hitze erhöhen zu müssen, besteht darin, ein paar geladene Teilchen oder Ionen hinzuzufügen. Ein häufiges Beispiel hierfür ist das Streuen von Salz auf Straßen, um die Eisbildung zu verhindern. Der ionokalorische Kreislauf nutzt Salz auch, um die Phase einer Flüssigkeit zu ändern und ihre Umgebung abzukühlen.

„Die Kältemittellandschaft ist ein ungelöstes Problem“, sagte der Maschinenbauingenieur Drew Lilley vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien in einer Erklärung vom Januar 2023. „Niemand hat es geschafft, eine alternative Lösung zu entwickeln, die kühlt, effizient arbeitet, sicher ist und die Umwelt nicht belastet.“

„Wir glauben, dass der ionokalorische Zyklus das Potenzial hat, all diese Ziele zu erreichen, wenn er angemessen umgesetzt wird.“

Die Forscher modellierten die Theorie des ionokalorischen Kreislaufs, um zu zeigen, wie er möglicherweise mit der Effizienz der heute verwendeten Kältemittel konkurrieren oder diese sogar verbessern könnte. Ein durch das System fließender Strom würde die darin enthaltenen Ionen bewegen und den Schmelzpunkt des Materials verschieben, um die Temperatur zu ändern.

Das Team führte auch Experimente durch, bei denen ein Salz aus Jod und Natrium zum Schmelzen von Ethylencarbonat verwendet wurde. Dieses gängige organische Lösungsmittel wird auch in Lithium-Ionen-Batterien verwendet und unter Verwendung von Kohlendioxid als Input hergestellt. Das könnte dazu führen, dass das System nicht nur sein GWP (globales Erwärmungspotenzial) auf null, sondern sogar negativ macht.

Durch die Anwendung von weniger als einem Volt Ladung wurde im Experiment eine Temperaturverschiebung von 25 Grad Celsius (45 Grad Fahrenheit) gemessen, ein Ergebnis, das das übertrifft, was andere kalorische Technologien bisher erreichen konnten.

„Wir versuchen drei Dinge in Einklang zu bringen: das GWP des Kältemittels, die Energieeffizienz und die Kosten der Ausrüstung selbst“, sagte Maschinenbauingenieur Ravi Prasher vom Lawrence Berkeley National Laboratory.

„Vom ersten Versuch an sehen unsere Daten in allen drei Aspekten sehr vielversprechend aus.“

Die derzeit in Kühlprozessen eingesetzten Dampfkompressionssysteme basieren auf Gasen mit hohem GWP, wie beispielsweise verschiedenen Fluorkohlenwasserstoffen (HFC). Länder, die die Kigali-Änderung unterzeichnet haben, haben sich verpflichtet, die Produktion und den Verbrauch von HFKW in den nächsten 25 Jahren um mindestens 80 Prozent zu reduzieren – und ionokalorische Kühlung könnte dabei eine wichtige Rolle spielen.

Jetzt müssen die Forscher die Technologie aus dem Labor in praktische Systeme bringen, die kommerziell genutzt werden können und sich problemlos skalieren lassen. Letztendlich könnten diese Systeme sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen genutzt werden.

„Wir haben diesen brandneuen thermodynamischen Zyklus und dieses Rahmenwerk, das Elemente aus verschiedenen Bereichen vereint, und wir haben gezeigt, dass es funktionieren kann“, sagte Prasher.

„Jetzt ist es Zeit für Experimente, um verschiedene Kombinationen von Materialien und Techniken zu testen, um den technischen Herausforderungen gerecht zu werden.“

Die Forschung wurde in Science veröffentlicht.

Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Januar 2023 veröffentlicht.