Bilim insanları, yeni bir ısıtma ve soğutma yöntemi geliştirmek için “İyonokalorik Soğutma” adında bir tekniği uyguladılar.  

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndaki (Berkeley Lab) lisansüstü araştırma görevlisi Drew Lilley ve yardımcı Profesör Ravi Prasher, yeni bir ısıtma ve soğutma yöntemi geliştirmek için “iyonokalorik soğutma” adında bir tekniği uyguladılar.

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, bu yöntemin ileriki zamanlarda evlerde kullanılan enerjiye katkı sağlayabileceğini düşünüyor. Buzdolaplarına verimli ısıtma ve soğutma sağlayabileceğini öngörüyor. Aynı zamanda soğutucu olarak yüksek küresel ısınma potansiyeline sahip gazları kullanan mevcut “buhar sıkıştırmalı” sistemlerin aşamalı olarak kaldırılmasına da yardımcı olabileceğini umuyor. İyonokalorik soğutma, bu tür gazların atmosfere kaçma riskini katı ve sıvı bileşenlerle değiştirerek ortadan kaldırır.

Bu animasyon iyonokalorik döngüyü gösterir. Bir akım eklendiğinde, iyonlar akar ve malzemeyi katıdan sıvıya değiştirerek malzemenin çevreden ısı emmesine neden olur. İşlem tersine çevrildiğinde ve iyonlar çıkarıldığında, malzeme ısı açığa çıkararak kristalleşir. -Berkeley Laboratuvarı

Berkeley Laboratuvatır’nda olan Drew Lilley, konu ile ilgili şu açıklamalarda bulundu: “Hiç kimse malzemeleri soğutan, verimli çalışan, güvenli ve çevreye zarar vermeyen alternatif bir çözüm geliştirmeyi başaramadı. Biz, iyonokalorik döngünün uygun şekilde gerçekleştirilirse tüm bu hedefleri karşılama potansiyeline sahip olduğunu düşünüyoruz.”

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 dâhil 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 çıkarılmasını kolaylaştırma gibi ek bir fayda sağlar.

Prasher ve Lilley, bugün sistemlerin çoğunda bulunan gaz halindeki soğutucu akışkanların verimliliğiyle rekabet etme ve hatta verimliliklerini aşma potansiyeline sahip olduğunu hesapladılar ve tekniği deneysel olarak da gösterdiler.

Drew Lilley, lityum iyon pillerde yaygın olarak kullanılan bir organik çözücü olan etilen karbonatın yanı sıra iyot ve sodyumdan yapılmış bir tuz kullandı. Sistemden geçen akım, malzemenin erime noktasını değiştirerek iyonları hareket ettirdi. Malzeme eridiğinde çevreden ısı aldı ve iyonlar uzaklaşıp malzeme katılaştığında ise ısıyı geri verdi. İlk deney, bir volttan daha az kullanarak 25 santigrat derecelik bir sıcaklık değişikliği gösterdi.

Prasher, yapılan çalışma hakkında düşüncelerini şu şekilde ifade etti: “Dengelemeye çalıştığımız üç şey var: Soğutucu akışkanın GWP’si (Küresel Isınma Potansiyeli), enerji verimliliği ve ekipmanın maliyeti. İlk denemeden itibaren, verilerimiz bu üç yönün hepsinde çok umut verici görünüyor. Farklı alanlardan ögeleri bir araya getiren bu yepyeni termodinamik döngüye ve çerçeveye sahibiz ve bunun işe yarayabileceğini gösterdik. Şimdi, mühendislik zorluklarını karşılamak için farklı malzeme ve teknik kombinasyonlarını test etme deneylerinin zamanı geldi.”

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

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

Derleyen: Tuğba Akkesen