Bilim İnsanları Eşyaları Soğutmanın Tamamen Yeni Bir Yolunu İcat Etti

Tipik soğutma sistemleri, buharlaşarak gaz haline dönüşürken ısıyı emen ve daha sonra kapalı bir tüpten geçirilerek tekrar sıvıya yoğunlaştırılan bir sıvı aracılığıyla ısıyı bir alandan uzaklaştırır. Bu süreç ne kadar etkili olursa olsun, soğutucu akışkan olarak kullandığımız bazı malzemeler özellikle çevre dostu değildir.

Bununla birlikte, bir maddenin ısı enerjisini emmeye ve yaymaya zorlanmasının birden fazla yolu vardır.

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından geliştirilen ve geçen yıl açıklanan bir yöntem, örneğin katı buzun sıvı suya dönüşmesi gibi bir malzeme faz değiştirdiğinde enerjinin depolanma veya salınma şeklinden yararlanıyor.

Bir buz bloğunun sıcaklığını yükselttiğinizde eriyecektir. Bu kadar kolay göremediğimiz şey ise erimenin çevresindeki ısıyı emerek onu etkili bir şekilde soğutmasıdır.

Isıyı yükseltmeye gerek kalmadan buzu erimeye zorlamanın bir yolu, birkaç yüklü parçacık veya iyon eklemektir. Buzun oluşmasını önlemek için yollara tuz dökmek, bunun yaygın bir örneğidir. İyonokalorik döngü de bir sıvının fazını değiştirmek ve çevresini soğutmak için tuz kullanır.

Ocak 2023'te Kaliforniya'daki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan makine mühendisi Drew Lilley, “Soğutucu akışkanların manzarası çözülmemiş bir sorundur” dedi.

“Hiç kimse bir şeyleri soğuk tutan, verimli çalışan, güvenli ve çevreye zarar vermeyen alternatif bir çözümü başarıyla geliştiremedi. İyonokalorik döngünün, uygun şekilde gerçekleştirildiği takdirde tüm bu hedefleri karşılama potansiyeline sahip olduğunu düşünüyoruz.”

Araştırmacılar iyonokalorik döngü teorisini modelleyerek günümüzde kullanılan soğutucu akışkanların verimliliğiyle nasıl rekabet edebileceğini ve hatta onları nasıl geliştirebileceğini gösterdiler. Sistemin içinden geçen bir akım, içindeki iyonları hareket ettirerek malzemenin erime noktasını değiştirerek sıcaklığı değiştirecektir.

Ekip ayrıca etilen karbonatı eritmek için iyot ve sodyumdan yapılmış bir tuz kullanarak deneyler yaptı. Bu yaygın organik çözücü lityum-iyon pillerde de kullanılıyor ve girdi olarak karbondioksit kullanılarak üretiliyor. Bu da sistemi sadece GWP [küresel ısınma potansiyeli] sıfır değil, GWP negatif yapabilir.

Deneyde tek bir volttan daha az şarj uygulanarak 25 santigrat derecelik (45 Fahrenheit) bir sıcaklık kayması ölçülmüştür ki bu, diğer kalorik teknolojilerin şimdiye kadar elde etmeyi başardıklarını aşan bir sonuçtur.

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan makine mühendisi Ravi Prasher, “Dengelemeye çalıştığımız üç şey var: soğutucu akışkanın GWP'si, enerji verimliliği ve ekipmanın kendi maliyeti” dedi.

“İlk denemeden elde ettiğimiz veriler bu üç konuda da umut verici görünüyor.”

Şu anda soğutma işlemlerinde kullanılan buhar sıkıştırma sistemleri, çeşitli hidroflorokarbonlar (HFC'ler) gibi yüksek GWP'ye sahip gazlara dayanmaktadır.

Kigali Değişikliğini imzalayan ülkeler önümüzdeki 25 yıl içinde HFC'lerin üretim ve tüketimini en az yüzde 80 oranında azaltmayı taahhüt etmişlerdir ve iyonokalorik soğutma bu konuda önemli bir rol oynayabilir.

Şimdi araştırmacıların teknolojiyi laboratuvardan çıkarıp ticari olarak kullanılabilecek ve sorunsuz bir şekilde ölçeklendirilebilecek pratik sistemlere dönüştürmeleri gerekiyor. Nihayetinde bu sistemler soğutmanın yanı sıra ısıtma için de kullanılabilir.

Prasher, “Farklı alanlardan unsurları bir araya getiren bu yepyeni termodinamik döngüye ve çerçeveye sahibiz ve bunun işe yarayabileceğini gösterdik” dedi.

“Şimdi sıra, mühendislik zorluklarının üstesinden gelmek için farklı malzeme ve teknik kombinasyonlarını test etmek üzere deneyler yapmaya geldi.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.