Mai mulți oameni de știință au lucrat la un dispozitiv prototip care ar putea înlocui aparatele de aer condiționat existente, mult mai ecologic și care folosește agenți frigorifici solizi pentru a răci eficient un spațiu.
Cercetătorii au prezentat rezultatele la reuniunea de toamnă a Societății Americane de Chimie (ACS).
„Doar instalarea unui aparat de aer condiționat sau aruncarea unuia este un factor uriaș al încălzirii globale”, spune Dr. Adam Slavney, care a prezentat prototipul. Agenții frigorifici utilizați în sistemele actuale sunt de mii de ori mai puternici decât dioxidul de carbon și se pot scurge accidental atunci când sunt manipulați sau aruncați.
Sistemele tradiționale de răcire, cum ar fi aparatele de aer condiționat, funcționează determinând un circuit frigorific între a fi gaz sau lichid. Când lichidul devine gaz, acesta se extinde și absoarbe căldură, răcind o cameră sau interiorul unui frigider. Un compresor care funcționează la aproximativ 70-150 de lire sterline pe inch pătrat (psi) transformă gazul înapoi într-un lichid, eliberând căldură.
În cazul aparatelor de aer condiționat, această căldură este direcționată în afara locuinței. Deși acest ciclu este eficient, preocupările legate de schimbările climatice și reglementările mai stricte privind agenții frigorifici cu hidrofluorocarburi stimulează căutarea unora mai responsabili față de mediu.
Agenții frigorifici solizi ar putea fi o soluție ideală. Spre deosebire de gaze, solidele nu se vor scurge în mediu din unitățile de A/C. O clasă de agenți frigorifici solizi, numiți materiale barocalorice, funcționează similar sistemelor tradiționale de răcire gaz-lichid. Ei folosesc schimbările de presiune pentru a trece prin cicluri de căldură, dar în acest caz, presiunea conduce la o schimbare a fazei solid-la-solid. Asta înseamnă că materialul rămâne solid, dar structura moleculară internă se schimbă. Aspectul structural cheie al acestor materiale solide barocalorice este că ele conțin lanțuri moleculare lungi, flexibile, care sunt de obicei flocate și dezordonate. Dar sub presiune, lanțurile devin mai ordonate și mai rigide – o schimbare care eliberează căldură. Procesul de trecere de la o structură ordonată la o structură relaxată este ca ceara care se topește, dar fără ca aceasta să devină un lichid, spune dr. Jarad Mason, cercetătorul principal al proiectului, de la Universitatea Harvard. Când presiunea este eliberată, materialul reabsoarbe căldura, completând ciclul.
Un dezavantaj al sistemelor barocalorice este că majoritatea acestor materiale necesită presiuni masive pentru a conduce ciclurile de căldură. Pentru a produce aceste presiuni, sistemele au nevoie de echipamente costisitoare, specializate, care nu sunt practice pentru aplicațiile de răcire din lumea reală. Mason și echipa sa au raportat recent materiale barocalorice care pot acționa ca agenți frigorifici la presiuni mult mai mici. Ei au demonstrat acum că agenții frigorifici, care se numesc perovskiți cu halogenuri metalice, pot funcționa într-un sistem de răcire pe care l-au construit de la zero.
„Materialele pe care le-am raportat sunt capabile să circule la aproximativ 3.000 psi, care sunt presiuni la care poate funcționa un sistem hidraulic tipic”, spune Slavney.
Echipa a construit acum un prototip, primul de acest fel, care demonstrează utilizarea acestor noi materiale într-un sistem practic de răcire. Dispozitivul are trei părți principale. Unul este un tub metalic plin cu agent frigorific solid și un lichid inert – apă sau ulei. O altă piesă a dispozitivului este un piston hidraulic care aplică presiune asupra lichidului. În cele din urmă, lichidul ajută la transferul acelei presiuni către agentul frigorific și ajută la transportul căldurii prin sistem.
După ce a rezolvat mai multe provocări de inginerie, echipa a arătat că materialele barocalorice funcționează ca agenți frigorifici funcționali, transformând schimbările de presiune în cicluri complete de schimbare a temperaturii. „Sistemul nostru încă nu folosește presiuni la fel de scăzute ca cele ale sistemelor de refrigerare comerciale, dar ne apropiem”, spune Mason.
După cunoștințele echipei, acesta este primul sistem de răcire funcțional care utilizează agenți frigorifici în stare solidă care se bazează pe schimbările de presiune.
Cu dispozitivul acum în mână, echipa plănuiește să testeze o varietate de materiale barocalorice. „Sperăm cu adevărat să folosim această mașină ca un banc de testare pentru a ne ajuta să găsim materiale și mai bune”, spune Slavney, inclusiv cele care funcționează la presiuni mai mici și care conduc mai bine căldura. Cu un material optim, cercetătorii cred că agenții frigorifici în stare solidă ar putea deveni un înlocuitor viabil pentru sistemele actuale de aer condiționat și alte tehnologii de răcire.
Citește și: Aparatele de aer condiţionat agravează poluarea atmosferică – studiu
Numărul aparatelor de aer condiționat se va tripla până în 2050
