Ana Sayfa arşiv İyonokalorik soğutma, soğutucu akışkanların yerini alabilir ve evler için güvenli, verimli soğutma ve ısıtma sağlayabilir

İyonokalorik soğutma, soğutucu akışkanların yerini alabilir ve evler için güvenli, verimli soğutma ve ısıtma sağlayabilir

0
İyonokalorik soğutma, soğutucu akışkanların yerini alabilir ve evler için güvenli, verimli soğutma ve ısıtma sağlayabilir
İyonokalorik soğutma, soğutucu akışkanların yerini alabilir ve evler için güvenli, verimli soğutma ve ısıtma sağlayabilir
İyonokalorik soğutma, soğutucu akışkanların yerini alabilir ve evler için güvenli, verimli soğutma ve ısıtma sağlayabilir

Bir kış fırtınasından önce yola tuz eklemek buzun ne zaman oluşacağını değiştirir. Enerji Bakanlığı’nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndaki (Berkeley Lab) araştırmacılar, yeni bir ısıtma ve soğutma yöntemi geliştirmek için bu temel konsepti uyguladılar. “İyonokalorik soğutma” adını verdikleri teknik, dergide 23 Aralık’ta yayınlanan bir makalede anlatılıyor.

İyonokalorik soğutma, katı buzdan sıvı suya geçiş gibi bir malzeme faz değiştirdiğinde enerjinin veya ısının depolanma veya salınma şeklinden yararlanır. Bir maddenin erimesi çevreden ısı alırken, katılaşması ısı açığa çıkarır. İyonokalorik döngü, bir tuzdan gelen iyonların (elektrik yüklü atomlar veya moleküller) akışı yoluyla bu faza ve sıcaklık değişimine neden olur.

Araştırmacılar, yöntemin bir gün evlerde kullanılan enerjinin yarısından fazlasını oluşturan verimli ısıtma ve soğutma sağlayabileceğini ve soğutucu olarak yüksek küresel ısınma potansiyeline sahip gazları kullanan mevcut “buhar sıkıştırmalı” sistemlerin aşamalı olarak kaldırılmasına yardımcı olabileceğini umuyor. İyonokalorik soğutma, bu tür gazların atmosfere kaçma riskini katı ve sıvı bileşenlerle değiştirerek ortadan kaldıracaktır.

Berkeley Lab’de lisansüstü araştırma görevlisi olan Drew Lilley, “Soğutucu akışkanların manzarası çözülmemiş bir sorundur: Hiç kimse malzemeleri soğutan, verimli çalışan, güvenli ve çevreye zarar vermeyen alternatif bir çözüm geliştirmeyi başaramadı” dedi.

Çalışmayı yöneten UC Berkeley’de doktora adayı. “İyonokalorik döngünün, uygun şekilde gerçekleştirilirse tüm bu hedefleri karşılama potansiyeline sahip olduğunu düşünüyoruz.”

Mevcut soğutucu akışkanların yerini alacak bir çözüm bulmak, Kigali Değişikliği’ndekiler (Ekim 2022’de ABD dahil 145 taraf tarafından kabul edildi) gibi ülkelerin iklim değişikliği hedeflerini karşılaması için çok önemlidir.

Anlaşma, imzalayan taraflara hidroflorokarbonların (HFC’ler) üretimini ve tüketimini önümüzdeki 25 yıl içinde en az %80 oranında azaltma taahhüdünde bulunuyor. HFC’ler, buzdolaplarında ve klima sistemlerinde yaygın olarak bulunan güçlü sera gazlarıdır ve ısıyı karbondioksitten binlerce kat daha etkili bir şekilde hapsedebilir.

Yeni iyonokalorik döngü, geliştirme aşamasındaki diğer birçok “kalorik” soğutma türüne katılıyor. Bu teknikler, katı malzemeleri ısıyı emmeleri veya salmaları için manipüle etmek için manyetizma, basınç, germe ve elektrik alanları dahil olmak üzere farklı yöntemler kullanır.

İyonokalorik soğutma, katıdan sıvıya faz değişikliklerini yönlendirmek için iyonları kullanarak farklılık gösterir. Bir sıvı kullanmak, malzemeyi pompalanabilir hale getirerek sisteme ısının girmesini veya sistemden çıkmasını kolaylaştırma gibi ek bir fayda sağlar – katı hal soğutmanın mücadele ettiği bir şey.

Lilley ve Berkeley Lab’in Enerji Teknolojileri Alanı’nda bir araştırma üyesi ve UC Berkeley’de makine mühendisliğinde yardımcı profesör olan ilgili yazar Ravi Prasher, iyonokalorik döngünün altında yatan teoriyi ortaya koydu.

Bugün sistemlerin çoğunda bulunan gaz halindeki soğutucu akışkanların verimliliğiyle rekabet etme ve hatta verimliliklerini aşma potansiyeline sahip olduğunu hesapladılar.

Tekniği deneysel olarak da gösterdiler. Lilley, lityum iyon pillerde yaygın olarak kullanılan bir organik çözücü olan etilen karbonatın yanı sıra iyot ve sodyumdan yapılmış bir tuz kullandı.

“Yalnızca GWP olmayan soğutucu akışkanlara sahip olma potansiyeli var [global warming potential]-sıfır, ancak GWP-negatif,” dedi Lilley. “Etilen karbonat gibi bir malzeme kullanmak aslında karbon-negatif olabilir, çünkü onu bir girdi olarak karbondioksit kullanarak üretirsiniz. Bu bize CO kullanmak için bir yer verebilir2 karbon yakalamadan.”

Sistemden geçen akım, malzemenin erime noktasını değiştirerek iyonları hareket ettirir. Malzeme eridiğinde çevreden ısı alır ve iyonlar uzaklaşıp malzeme katılaştığında ise ısıyı geri verir. İlk deney, bir volttan daha az kullanarak 25 santigrat derecelik bir sıcaklık değişikliği gösterdi; bu, diğer kalori teknolojilerinin gösterdiğinden daha büyük bir sıcaklık artışıydı.

Prasher, “Dengelemeye çalıştığımız üç şey var: soğutucu akışkanın GWP’si, enerji verimliliği ve ekipmanın maliyeti,” dedi. “İlk denemeden itibaren, verilerimiz bu üç yönün hepsinde çok umut verici görünüyor.”

Kalorik yöntemler genellikle soğutma güçleri açısından tartışılırken, döngüler su ısıtma veya endüstriyel ısıtma gibi uygulamalar için de kullanılabilir. İyonokalorik ekip, tekniğin büyük miktarlarda soğutmayı desteklemek, sistemin destekleyebileceği sıcaklık değişikliği miktarını iyileştirmek ve verimliliği artırmak için nasıl ölçeklenebileceğini belirlemek için prototipler üzerinde çalışmaya devam ediyor.

Prasher, “Farklı alanlardan öğeleri bir araya getiren bu yepyeni termodinamik döngüye ve çerçeveye sahibiz ve bunun işe yarayabileceğini gösterdik” dedi. “Şimdi, mühendislik zorluklarını karşılamak için farklı malzeme ve teknik kombinasyonlarını test etme deneylerinin zamanı geldi.”


Lilley ve Prasher, iyonokalorik soğutma döngüsü için geçici bir patent aldı ve teknoloji artık lisans için hazır.

Bu çalışma DOE’nin Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Bina Teknolojileri Programı tarafından desteklenmiştir.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here