رحب بالتبريد الأيوني الحراري. إن الطريقة الجديدة لخفض درجات الحرارة القادرة على استبدال الأساليب الحالية لمواد التبريد هي عملية أكثر أمانًا وأفضل لكوكب الأرض.

تقوم أنظمة التبريد التقليدية بنقل الحرارة من مكان واحد عبر سائل، والذي يمتص الحرارة أثناء تبخرها إلى غاز، ثم يتم نقلها عبر أنبوب مغلق ويتم تكثيفها مرة أخرى إلى سائل. وبقدر فعالية هذه العملية، فإن بعض المواد المختارة التي نستخدمها كمبردات غير صديقة للبيئة بشكل خاص.

ومع ذلك، هناك أكثر من طريقة يمكن للمادة من خلالها امتصاص وتبديد الطاقة الحرارية.

تستفيد الطريقة التي نشرها العام الماضي باحثون في مختبر لورانس بيركلي الوطني وجامعة كاليفورنيا في بيركلي من الطريقة التي يتم بها تخزين الطاقة أو إطلاقها عندما تتغير حالة المادة، عندما يتحول الجليد الصلب إلى ماء سائل. مثال.

ارفع درجة حرارة الجليد وسوف يذوب. ما لا نراه بسهولة هو أن المادة المنصهرة تمتص الحرارة من المناطق المحيطة بها، مما يؤدي إلى تبريدها بشكل فعال.

تعد إضافة عدد قليل من الجسيمات أو الأيونات المشحونة إحدى طرق إذابة الجليد دون الحاجة إلى زيادة الحرارة. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك تمليح الطرق لمنع تكون الجليد. تستخدم الدورة الأيونية الملح لتغيير طور السائل وتبريد البيئة المحيطة به.

“منظر الثلاجات مشكلة لم يتم حلها” قال المهندس الميكانيكي درو ليلي من مختبر لورانس بيركلي الوطني في كاليفورنيا في يناير 2023.

“لم ينجح أحد في تطوير حل بديل يبرد المواد ويكون فعالاً وآمنًا وصديقًا للبيئة. ونعتقد أن الدورة الأيونية الحرارية لديها القدرة على تحقيق هذه الأهداف إذا تم تحقيقها بشكل صحيح.”

ابتكر الباحثون نظرية للدورة الأيونية الحرارية لإظهار كيف يمكن أن تتنافس مع أو تحسن أداء المبردات المستخدمة اليوم. ويحرك التيار المار عبر النظام الأيونات الموجودة فيه ويغير درجة حرارة نقطة انصهار المادة.

أجرى الفريق تجارب باستخدام ملح يحتوي على اليود والصوديوم لإذابة كربونات الإيثيلين. يستخدم هذا المذيب العضوي الشائع أيضًا في بطاريات الليثيوم أيون ويتم إنتاجه باستخدام ثاني أكسيد الكربون كمدخل. لا يتعلق الأمر فقط بإمكانية الاحترار العالمي للنظام [global warming potential] صفر ولكن GWP سلبي.

تم قياس التغير في درجة الحرارة بمقدار 25 درجة مئوية (45 درجة فهرنهايت) باستخدام أقل من فولت واحد من الشحن في التجربة، وهي نتيجة أكبر بكثير من تلك التي حققتها تقنيات السعرات الحرارية الأخرى.

“هناك ثلاثة أشياء نحاول تحقيق التوازن بينها: القدرة على إحداث الاحترار العالمي لغاز التبريد، وكفاءة الطاقة، وتكلفة المعدات.” قال المهندس الميكانيكي رافي براشار من مختبر لورانس بيركلي الوطني.

“من المحاولة الأولى، تبدو بياناتنا واعدة للغاية في جميع هذه الجوانب الثلاثة.”

تعتمد أنظمة ضغط البخار المستخدمة حاليًا في عمليات التبريد على الغازات ذات القدرة العالية على إحداث الاحترار العالمي مثل مركبات الكربون الهيدروفلورية المختلفة (HFCs).

وقد التزمت البلدان التي وقعت على تعديل كيجالي بخفض إنتاج واستهلاك مركبات الكربون الهيدروفلورية بنسبة لا تقل عن 80% على مدى السنوات الخمس والعشرين المقبلة ــ ومن الممكن أن يلعب التبريد الأيوني الحراري دوراً رئيسياً في تحقيق هذا الهدف.

الآن، يحتاج الباحثون إلى إخراج التكنولوجيا من المختبر إلى الأنظمة العملية التي يمكن استخدامها تجاريًا، وتوسيع نطاقها دون مشاكل. وفي نهاية المطاف، يمكن استخدام هذه الأنظمة للتدفئة والتبريد.

“تجمع هذه الدورة الديناميكية الحرارية الجديدة وإطار العمل عناصر من مجالات مختلفة، وقد أظهرنا أنها يمكن أن تنجح.” قال بريسر.

“الآن، حان الوقت لإجراء التجارب لاختبار مواد وتقنيات مختلفة لمواجهة التحديات الهندسية.”

نشرت في البحوث علوم.

نُشرت نسخة سابقة من هذه المقالة في يناير 2023.