Gezegenimizin ısınan geleceğinde, çevre dostu soğutma yöntemlerine olan ihtiyaç her zamankinden daha büyük. Bilim insanları şimdi, doğadan ilham alan yepyeni bir çözümle karşımızda: iyonokalorik soğutma.
Detaylar haberimizde…
Kış aylarında, belediye kamyonlarının karı temizlemek için yollara ve kaldırımlara tuz püskürttüğünü sık sık görüyoruz. Isı eklenmese de tuzun çözünmesi, suyun donma noktasını etkili bir şekilde düşürüyor ve bu da buzun sıfırın altındaki sıcaklıklarda bile erimesini açıklıyor.
İlginç bir şekilde, bunun gerçekleşmesi için herhangi bir enerji girdisine gerek yok ve bu da bazı bilim insanlarına harika bir fikir verdi. ABD’deki Enerji Bakanlığı’na bağlı Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar, mutfağınızdaki buzdolabına kıyasla eşyaları tamamen farklı bir şekilde soğutan yeni bir soğutma cihazı geliştirmek için tam da bu fiziksel prensibi kullandılar.
İyonokalorik soğutma, mevcut soğutma yöntemlerinin yerini, gezegenimiz için daha güvenli ve daha iyi bir yöntemle alma potansiyeline sahip, sıcaklıkları düşürmenin yeni bir yolu.
İyonokalorik Soğutma Nasıl Çalışır?
Tipik soğutma sistemleri, ısıyı bir akışkan aracılığıyla ortamdan uzaklaştırıyor; akışkan buharlaşırken ısıyı emer ve gaza dönüşüyor, ardından bu gaz kapalı bir tüpten geçirilerek tekrar sıvıya yoğunlaştırılıyor. Bu süreç ne kadar etkili olsa da, soğutucu olarak kullandığımız bazı seçkin malzemeler çevreye özellikle zararlı.
Ancak bir maddenin ısı enerjisini emip yaymaya zorlanmasının birden fazla yolu var.
Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley’den araştırmacılar tarafından 2023’te açıklanan bir yöntem, bir malzemenin faz değiştirmesi durumunda (örneğin katı buzun sıvı suya dönüşmesi gibi) enerjinin depolanma veya salınma biçiminden yararlanıyor.
Bir buz bloğunun sıcaklığını artırdığızda erimeye başlar. Kolayca göremeyebileceğimiz şey ise, erimenin çevresinden ısıyı emerek onu etkili bir şekilde soğutması.
Isıyı artırmadan buzu eritmenin bir yolu, birkaç yüklü parçacık veya iyon eklemek. Buz oluşumunu önlemek için yollara tuz dökmek, bunun yaygın bir örneği. İyonokalorik döngü de bir sıvının fazını değiştirmek ve çevresini soğutmak için tuz kullanılıyor.
Kaliforniya’daki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan makine mühendisi Drew Lilley, “Soğutucu akışkanların durumu henüz çözülememiş bir sorun. Hiç kimse, malzemeleri soğutan, verimli çalışan, güvenli ve çevreye zarar vermeyen alternatif bir çözüm geliştirmeyi başaramadı. İyonokalorik döngünün, uygun şekilde gerçekleştirildiğinde tüm bu hedefleri karşılama potansiyeline sahip olduğunu düşünüyoruz.” diyor.
Araştırmacılar, iyonokalorik çevrim teorisini, günümüzde kullanılan soğutucu akışkanların verimliliğiyle nasıl rekabet edebileceğini, hatta onları nasıl iyileştirebileceğini göstermek için modellediler. Sistemden geçen bir akım, içindeki iyonları hareket ettirerek malzemenin erime noktasını değiştirecek ve böylece sıcaklığı da değiştirebilecek.
Ekip ayrıca, etilen karbonatı eritmek için iyot ve sodyumdan yapılmış bir tuz kullanarak deneyler gerçekleştirdi. Bu yaygın organik çözücü, lityum iyon pillerde de kullanılıyor ve girdi olarak karbondioksit kullanılarak üretiliyor. Bu, sistemin küresel ısınma potansiyelini (GWP) sıfıra indirmekle kalmayıp, aynı zamanda negatif GWP değerine de sahip olmasını sağlayabilir.
Deneyde tek bir volttan daha az yük uygulanarak 25 santigrat derece sıcaklık değişimi ölçüldü; bu sonuç, diğer kalorik teknolojilerin bugüne kadar elde edebildiği sonuçların çok ötesinde.
Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan makine mühendisi Ravi Prasher, “Dengelemeye çalıştığımız üç şey var: Soğutucu akışkanın küresel ısınma potansiyeli (GWP), enerji verimliliği ve ekipmanın maliyetiç İlk denemeden itibaren, verilerimiz bu üç açıdan da oldukça umut verici görünüyor.” diyor.
Günümüzde soğutma proseslerinde kullanılan buhar sıkıştırma sistemleri, çeşitli hidroflorokarbonlar (HFC’ler) gibi yüksek küresel ısınma potansiyeline sahip gazKigali Değişikliği’ni imzalayan ülkeler, önümüzdeki 25 yıl içinde HFC üretimini ve tüketimini en az %80 oranında azaltmayı taahhüt ettiler ve iyonokalorik soğutma bunda önemli bir rol oynayabilir.
Şimdi araştırmacıların bu teknolojiyi laboratuvardan çıkarıp ticari olarak kullanılabilen ve sorunsuz bir şekilde ölçeklenebilen pratik sistemlere taşımaları gerekiyor. Sonunda bu sistemler hem ısıtma hem de soğutma için kullanılabilir.
Devam eden araştırmalar, hangi kombinasyonların bir ortamdan ısı çekmede en etkili olabileceğini görmek için farklı tuzlar üzerinde denemeler yapıyor. 2025 yılında, uluslararası bir araştırmacı ekibi, elektrik alanları ve membranlar kullanılarak geri dönüştürülen nitrat bazlı tuzlar kullanan oldukça verimli bir versiyon üzerindeki çalışmalarının sonuçlarını yayınladı.
Prasher ve ekibinin araştırmalarının tam da bu noktaya ulaşmasını beklediği şey buydu.
Prasher, “Farklı alanlardan elementleri bir araya getiren yepyeni bir termodinamik döngü ve çerçevemiz var ve bunun işe yarayabileceğini gösterdik. Şimdi, mühendislik zorluklarını karşılamak için farklı malzeme ve teknik kombinasyonlarını test etmek üzere deney yapma zamanı.” diyor.
Derleyen: Damla Şayan
