به گزارش ایسنا، به روش خنک‌سازی یونوکالریک(ionocaloric) سلام کنید که یک روش جدید برای کاهش دماست و پتانسیل جایگزینی روش‌های خنک‌سازی موجود با یک فرآیند ایمن‌تر و بهتر برای سیاره زمین را دارد.

سیستم‌های تبرید معمولی، گرما را از طریق سیالی که گرما را جذب می‌کند و به گاز تبدیل می‌شود، از فضا دور می‌کنند. سپس این گرما از طریق یک لوله بسته منتقل شده و دوباره به مایع تبدیل می‌شود.

هر چقدر هم که این فرآیند مؤثر باشد، برخی از مواد انتخابی که ما به عنوان مبرّد استفاده می‌کنیم، به طور خاص برای محیط زیست مضر هستند.

با این حال، بیش از یک راه وجود دارد که یک ماده را مجبور به جذب و دفع انرژی گرمایی کند.

این روش جدید توسط محققان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی(Lawrence Berkeley) و دانشگاه کالیفرنیا برکلی(California Berkeley) توسعه داده شده است و از نحوه ذخیره یا آزادسازی انرژی هنگام تغییر حالت یک ماده، مانند زمانی که یخ جامد به آب مایع تبدیل می‌شود، بهره می‌برد.

اگر دمای یک قطعه یخ را افزایش دهید، ذوب می‌شود. چیزی که ممکن است به راحتی نبینیم این است که ذوب شدن، گرما را از محیط اطراف خود جذب می‌کند و به طور مؤثر آن را خنک می‌کند.

یک راه برای ذوب کردن یخ بدون افزایش گرما، اضافه کردن چند ذره باردار یا یون است. ریختن نمک روی جاده‌ها برای جلوگیری از تشکیل یخ، نمونه‌ای رایج از این عمل است.

چرخه یونوکالریک همچنین از نمک برای تغییر حالت یک سیال و خنک کردن محیط اطراف آن استفاده می‌کند.

تصویرسازی از مفهوم جدید تبرید

درو لیلی(Drew Lilley)، مهندس مکانیک از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در کالیفرنیا گفت: چشم‌انداز مبردها یک مشکل حل نشده است. هیچ‌کس با موفقیت راه‌حل جایگزینی را که مواد را سرد کند، کارآمد باشد، ایمن باشد و به محیط زیست آسیب نرساند، توسعه نداده است. ما فکر می‌کنیم چرخه یونوکالریک در صورت تحقق مناسب، پتانسیل دستیابی به همه این اهداف را دارد.

محققان نظریه چرخه یونوکالریک را مدل‌سازی کردند تا نشان دهند که چگونه می‌تواند به طور بالقوه با مبردهای مورد استفاده امروزی رقابت کند یا حتی آنها را بهبود بخشد. جریانی که از سیستم عبور می‌کند، یون‌ها را در آن حرکت می‌دهد و نقطه ذوب ماده را برای تغییر دما تغییر می‌دهد.

این تیم همچنین آزمایش‌هایی را با استفاده از نمکی ساخته شده با ید و سدیم برای ذوب کربنات اتیلن انجام داد. این حلال آلی رایج در باتری‌های لیتیوم-یون نیز استفاده می‌شود و با استفاده از کربن دی‌اکسید به عنوان ورودی تولید می‌شود. این می‌تواند سیستم را نه تنها با پتانسیل گرمایش جهانی(GWP) صفر، بلکه GWP‌ منفی کند.

در این آزمایش، با اعمال کمتر از یک ولت بار، تغییر دمایی معادل ۲۵ درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شد؛ نتیجه‌ای که از آنچه سایر فناوری‌های کالریک تاکنون به آن دست یافته‌اند، فراتر می‌رود.

راوی پراشر(Ravi Prasher)، مهندس مکانیک از آزمایشگاه ملی لارنس برکلی گفت: ما در تلاش برای ایجاد تعادل بین سه چیز هستیم: GWP مبرد، بهره‌وری انرژی و هزینه خود تجهیزات. داده‌های ما از اولین تلاش در هر سه جنبه بسیار امیدوارکننده به نظر می‌رسند.

سیستم‌های فشرده‌سازی بخار که در حال حاضر در فرآیندهای تبرید استفاده می‌شوند، به گازهای با GWP بالا، مانند هیدروفلوئوروکربن‌های مختلف(HFC) متکی هستند.

خنک‌سازی یونوکالریک

کشورهایی که به «اصلاحیه کیگالی»(Kigali Amendment) پیوستند، متعهد شده‌اند که تولید و مصرف HFCها را در طول ۲۵ سال آینده حداقل ۸۰ درصد کاهش دهند و خنک‌سازی یونوکالریک می‌تواند نقش مهمی در این امر داشته باشد.

اکنون محققان باید این فناوری را از آزمایشگاه خارج کرده و به سیستم‌های عملی تبدیل کنند که بتوانند به صورت تجاری مورد استفاده قرار گیرند و بدون هیچ مشکلی در مقیاس بزرگ تولید شوند. در نهایت، این سیستم‌ها می‌توانند برای گرمایش و همچنین سرمایش استفاده شوند.

تحقیقات مداوم در حال آزمایش نمک‌های مختلف است تا مشخص شود کدام ترکیبات می‌تواند در جذب گرما از یک فضا مؤثرتر باشند.

در سال ۲۰۲۵، یک تیم بین‌المللی از محققان نتایج مطالعه خود را بر روی یک نسخه بسیار کارآمد که از نمک‌های مبتنی بر نیترات استفاده می‌کند، منتشر کردند که با استفاده از میدان‌های الکتریکی و غشاها بازیافت می‌شوند.

این دقیقاً همان چیزی است که پراشر و تیمش پیش‌بینی کرده بودند تحقیقاتشان به آن منجر شود.

پراشر گفت: ما این چرخه و چارچوب ترمودینامیکی کاملاً جدید را داریم که عناصری از زمینه‌های مختلف را گرد هم می‌آورد و نشان داده‌ایم که می‌تواند کار کند. اکنون زمان آزمایش و آزمودن ترکیبات مختلف مواد و تکنیک‌ها برای مقابله با چالش‌های مهندسی فرا رسیده است.

این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.

انتهای پیام