Bilim Adamları Tamamen Yeni Bir Soğutma Yöntemi İcat Etti

Tipik soğutma sistemleri, buharlaşarak gaza dönüşen ve ardından kapalı bir tüp içinden taşınarak tekrar sıvıya yoğunlaşan bir sıvı aracılığıyla bir alandan ısıyı uzaklaştırır.

Bu süreç ne kadar etkili olsa da, soğutucu olarak kullandığımız bazı malzemeler çevreye özellikle zararlıdır.

Ancak, bir maddenin ısı enerjisini emip yayması için birden fazla yol vardır.

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'den araştırmacılar tarafından geliştirilen ve 2023'te tanıtılan bir yöntem, örneğin katı buzun sıvı suya dönüşmesi gibi, bir malzeme faz değiştirdiğinde enerjinin nasıl depolandığını veya serbest bırakıldığını kullanır.

Bir buz bloğunun sıcaklığını yükseltirseniz, erir. Kolayca göremeyebileceğimiz şey, erimenin çevresinden ısıyı emerek onu etkili bir şekilde soğutmasıdır.

Isıyı yükseltmeden buzu eritmenin bir yolu, birkaç yüklü parçacık veya iyon eklemektir. Buz oluşumunu önlemek için yollara tuz serpmek, bunun yaygın bir örneğidir.

İyonokalorik döngü de sıvının fazını değiştirmek ve çevresini soğutmak için tuz kullanır.

Kaliforniya'daki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan makine mühendisi Drew Lilley, “Soğutucu akışkanlar konusu çözülmemiş bir sorundur” dedi.

“Hiç kimse, maddeleri soğutan, verimli çalışan, güvenli ve çevreye zarar vermeyen alternatif bir çözüm geliştirmeyi başaramadı. İyonokalorik döngünün, uygun şekilde gerçekleştirilirse tüm bu hedefleri karşılama potansiyeline sahip olduğunu düşünüyoruz.”

Araştırmacılar, iyonokalorik döngü teorisini modelleyerek, bu döngünün günümüzde kullanılan soğutucu akışkanların verimliliğiyle nasıl rekabet edebileceğini, hatta onu nasıl iyileştirebileceğini gösterdiler. Sistemden geçen bir akım, içindeki iyonları hareket ettirerek malzemenin erime noktasını değiştirir ve sıcaklığı değiştirir.

Ekip ayrıca, etilen karbonatı eritmek için iyot ve sodyumdan yapılmış bir tuz kullanarak deneyler yaptı. Bu yaygın organik çözücü, lityum iyon pillerde de kullanılır ve karbondioksit kullanılarak üretilir. Bu, sistemi sadece GWP (küresel ısınma potansiyeli) sıfır değil, GWP negatif hale getirebilir.

Deneyde, bir voltun altında bir yük uygulanarak 25 °C (45 °F) sıcaklık değişimi ölçüldü; bu sonuç, diğer kalorik teknolojilerin şu ana kadar elde ettiği sonuçları aşıyor.

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndan makine mühendisi Ravi Prasher, “Dengelemek istediğimiz üç şey var: soğutucunun GWP'si, enerji verimliliği ve ekipmanın maliyeti” dedi.

“İlk denemeden itibaren, verilerimiz bu üç konuda da çok umut verici görünüyor.”

Soğutma işlemlerinde şu anda kullanılan buhar sıkıştırma sistemleri, çeşitli hidroflorokarbonlar (HFC'ler) gibi yüksek GWP'li gazlara dayanmaktadır.

Kigali Değişikliği'ni imzalayan ülkeler, önümüzdeki 25 yıl içinde HFC'lerin üretimini ve tüketimini en az yüzde 80 oranında azaltmayı taahhüt ettiler ve iyonokalorik soğutma bu konuda önemli bir rol oynayabilir.

Şimdi araştırmacılar, bu teknolojiyi laboratuvardan çıkarıp ticari olarak kullanılabilen ve sorunsuz bir şekilde ölçeklendirilebilen pratik sistemlere dönüştürmek zorundalar. Sonunda bu sistemler, soğutmanın yanı sıra ısıtma için de kullanılabilir hale gelebilir.

Devam eden araştırmalarda, bir alandan ısıyı çekmede en etkili kombinasyonların hangileri olduğunu belirlemek için farklı tuzlar test ediliyor. 2025 yılında, uluslararası bir araştırma ekibi, elektrik alanları ve membranlar kullanılarak geri dönüştürülen nitrat bazlı tuzlar kullanan yüksek verimli bir versiyon üzerine yaptıkları çalışmanın sonuçlarını yayınladı.

Bu, Prasher ve ekibinin araştırmalarının sonuçlanacağını öngördükleri şeydi.

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

“Şimdi, mühendislik zorluklarını aşmak için farklı malzeme ve teknik kombinasyonlarını test etmek için deney yapma zamanı.”