Zeg hallo tegen thermische ionische koeling. Het is een nieuwe manier om temperaturen te verlagen met het potentieel om de huidige methoden voor het koelen van dingen te vervangen door een proces dat veiliger en beter is voor de planeet.
Typische koelsystemen voeren warmte weg uit een ruimte via een vloeistof die warmte absorbeert terwijl deze verdampt tot een gas, dat vervolgens door een gesloten buis wordt getransporteerd en weer in een vloeistof wordt gecondenseerd. Hoe effectief dit proces ook is, sommige van de geselecteerde materialen die we als koelvloeistoffen gebruiken, zijn niet bijzonder milieuvriendelijk.
Er zijn echter meer dan één manieren waarop een materiaal gedwongen kan worden thermische energie te absorberen en vrij te geven.
Een vorig jaar onthulde methode, ontwikkeld door onderzoekers van het Lawrence Berkeley National Laboratory en de University of California, Berkeley, maakt gebruik van de manier waarop energie wordt opgeslagen of vrijgegeven wanneer een stof van fase verandert, zoals bijvoorbeeld wanneer vast ijs in vloeibaar water verandert.
Verhoog de temperatuur van een blok ijs en het zal smelten. Wat we misschien niet meteen zien, is dat de smelt warmte uit de omgeving absorbeert, waardoor deze effectief wordt gekoeld.
Eén manier om het ijs te laten smelten zonder dat je het vuur hoger hoeft te zetten, is door geladen deeltjes of ionen toe te voegen. Het strooien van zout op wegen om ijsvorming te voorkomen is een bekend voorbeeld. De ionische cyclus maakt ook gebruik van zout om de fase van de vloeistof te veranderen en de omgeving af te koelen.
“Het koudemiddellandschap is een onopgelost probleem.” zei werktuigbouwkundig ingenieur Drew Lilly Van Lawrence Berkeley National Laboratory in Californië in januari 2023.
“Niemand is erin geslaagd een alternatieve oplossing te ontwikkelen die de zaken koel maakt, efficiënt werkt, veilig is en het milieu niet schaadt. Wij geloven dat de thermische ionencyclus het potentieel heeft om al deze doelen te bereiken, als deze op de juiste manier wordt bereikt.”
Onderzoekers formuleerden de theorie van thermische ionencycli om te laten zien hoe deze de efficiëntie van de huidige koelmiddelen zou kunnen evenaren of zelfs verbeteren. De stroom die door het systeem gaat, zou de ionen daarin verplaatsen, waardoor het smeltpunt van de stof verandert in een temperatuurverandering.
Het team voerde ook experimenten uit met een zout gemaakt van jodium en natrium om ethyleencarbonaat op te lossen. Dit veel voorkomende organische oplosmiddel wordt ook gebruikt in lithium-ionbatterijen en wordt geproduceerd met koolstofdioxide als input. Dit zou het systeem niet alleen potentieel tot opwarming van de aarde kunnen maken [global warming potential] Nul maar negatief GWP.
Er werd een temperatuurverschuiving van 25°C (45°F) gemeten door in het experiment minder dan één volt op te laden, een resultaat dat verder gaat dan wat andere calorische technologieën tot nu toe hebben kunnen bereiken.
“Er zijn drie dingen die we proberen in evenwicht te brengen: het broeikaseffect van het koelmiddel, de energie-efficiëntie en de kosten van de apparatuur zelf.” zei werktuigbouwkundig ingenieur Ravi Prasher Van het Lawrence Berkeley National Laboratory.
“Vanaf de eerste poging zien onze gegevens er in alle drie deze aspecten veelbelovend uit.”
Dampcompressiesystemen die momenteel bij koelactiviteiten worden gebruikt, zijn afhankelijk van gassen met een hoog aardopwarmingsvermogen, zoals verschillende fluorkoolwaterstoffen (HFK’s).
Landen die het Kigali-amendement hebben ondertekend, hebben zich ertoe verbonden de productie en consumptie van HFK’s de komende 25 jaar met ten minste 80% te verminderen – en thermische ionenkoeling zou hierin een sleutelrol kunnen spelen.
Nu moeten onderzoekers de technologie uit het laboratorium halen en in praktische systemen brengen die zonder problemen commercieel kunnen worden gebruikt en opgeschaald. Uiteindelijk kunnen deze systemen worden gebruikt voor verwarming en koeling.
“We hebben een compleet nieuwe thermodynamische cyclus en een nieuw raamwerk dat elementen uit verschillende vakgebieden samenbrengt, en we hebben laten zien dat het kan werken.” zei Brasher.
“Nu is het tijd om experimenten uit te voeren om verschillende combinaties van materialen en technologieën te testen om technische uitdagingen aan te gaan.”
Het onderzoek is gepubliceerd in wetenschappen.
Een eerdere versie van dit artikel verscheen in januari 2023.
‘Reader. Furious humble travel enthusiast. Extreme food scientist. Writer. Communicator.’
