Мир становится жарче день ото дня. Сейчас в среднем на 1,1 градуса по Цельсию теплее, чем до промышленной революции. Это означает, что охлаждение в целом проникло в наш образ жизни.
Однако ирония заключается в том, что по мере того, как планета нагревается, технологии, в которых мы ищем убежища, могут только способствовать изменению климата, делая его еще более жарким. По данным Scientific American , к 2050 году число комнатных кондиционеров увеличится в четыре раза и достигнет 4,5 миллиардов .
Теперь для охлаждения окружающей среды требуется огромное количество энергии. Наши энергетические сети в основном зависят от ископаемого топлива, и любая энергия, используемая для снижения температуры, приводит к выбросу парниковых газов. Хладагенты, химические вещества, которые используются для снижения температуры, обладают высоким потенциалом глобального потепления. Когда они просачиваются в атмосферу, это оказывает огромное влияние на климат. Гидрофторуглеродные хладагенты в этих и других охлаждающих устройствах являются сильнодействующими парниковыми газами и основными факторами изменения климата.
Поэтому мы должны начать искать экологически безопасные решения, пока не поздно.
Теперь ученые создали прототип устройства, которое когда-нибудь может заменить существующие «кондиционеры». Согласно пресс -релизу , новая версия более экологична и использует твердые хладагенты для охлаждения помещений .
Исследователи представили свои результаты на осеннем собрании Американского химического общества .
На помощь приходят твердые хладагенты
Традиционные системы охлаждения , такие как кондиционеры, работают, заставляя хладагент циклически переходить из газообразного состояния в жидкое. Когда жидкость становится газом, она расширяется и поглощает тепло, охлаждая комнату. Компрессор превращает газ обратно в жидкость, выделяя тепло. Тепло направляется за пределы дома. Этот цикл кажется эффективным, но опасения по поводу изменения климата и строгие правила в отношении гидрофторуглеродных хладагентов вызывают поиск более экологически безопасных хладагентов .
Идеальным решением могут быть твердые хладагенты, поскольку, в отличие от газов, они не будут попадать в окружающую среду из кондиционеров. Исследователи обнаружили, что барокалорические материалы , класс твердых хладагентов, работают аналогично традиционным газожидкостным системам охлаждения. Хотя они используют давление для прохождения тепловых циклов, фазовый переход происходит от твердого к твердому.
Барокалорические твердые материалы состоят из длинных гибких молекулярных цепей, которые «обычно гибкие и неупорядоченные», но под давлением они становятся более упорядоченными и жесткими, выделяя тепло. По словам Джарада Мейсона, доктора философии, главного исследователя проекта из Гарвардского университета, процесс перехода от упорядоченной структуры к расслабленной подобен плавлению воска, но без превращения его в жидкость. Когда это давление сбрасывается, материал снова поглощает тепло, завершая цикл.
Однако барокалорические системы имеют свои недостатки. Большинству этих материалов требуется огромное давление для запуска тепловых циклов. Для создания этих давлений необходимо дорогостоящее специализированное оборудование. Это непрактично для реальных условий.
Использование машины в качестве испытательного стенда для поиска еще лучших материалов
Но Мейсон и его команда недавно сообщили, что барокалорические материалы могут действовать как хладагенты при гораздо более низких давлениях. Хладагенты, называемые металлогалогенидными перовскитами, могут работать в системе охлаждения, построенной с нуля. «Материалы, о которых мы сообщали, могут работать при давлении около 3000 фунтов на квадратный дюйм, что является давлением, при котором может работать типичная гидравлическая система», — сказал Славни.
Их первый в своем роде прототип может продемонстрировать использование этих новых материалов в практической системе охлаждения. Устройство состоит из трех основных частей: металлическая трубка, заполненная твердым хладагентом и инертной жидкостью — водой или маслом, гидравлический поршень, оказывающий давление на жидкость, а жидкость помогает передавать это давление хладагенту и помогает отводить тепло через систему.
«Наша система по-прежнему не использует такое низкое давление, как в коммерческих холодильных системах, но мы приближаемся к этому», — сказал Мейсон. По словам команды, это первая работающая система охлаждения, в которой используются твердотельные хладагенты, зависящие от изменения давления.
Теперь команда планирует протестировать различные барокалорические материалы. «Мы действительно надеемся использовать эту машину в качестве испытательного стенда, чтобы помочь нам найти еще лучшие материалы», — сказал Славни, в том числе те, которые работают при более низком давлении и лучше проводят тепло. Исследователи полагают, что твердотельные хладагенты могут стать подходящей заменой для существующих систем кондиционирования воздуха и других технологий охлаждения.
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов
hello@technovery.com