İyonokalorik Soğutmaya Merhaba Deyin. Bu, sıcaklıkları düşürmenin yeni bir yolu ve mevcut soğutma yöntemlerinin yerine daha güvenli, çevre dostu bir süreç geçirme potansiyeline sahip.

İyonokalorik Soğutma

Tipik soğutma sistemleri, bir sıvının buharlaşarak gaz hâline geldiğinde ısıyı emmesi ve bu gazın kapalı bir boru üzerinden taşınıp tekrar sıvı hâline kondanse edilmesi yoluyla bir alanın ısısını uzaklaştırır.

Bu işlem ne kadar etkili olursa olsun, bazı tercih edilen soğutucu malzemeler çevre açısından oldukça zararlı. Ancak, bir maddenin ısı enerjisini emmesi veya bırakması için birden fazla yol var.

2023 yılında Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ve Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley araştırmacıları tarafından geliştirilen bir yöntem, bir maddenin faz değişimi sırasında enerji depolaması veya serbest bırakmasını kullanır; örneğin katı buzun sıvı suya dönüşmesi gibi.

Buzu ısıtın, erir. Kolayca fark edilmese de, erime çevresinden ısıyı emerek etkin bir şekilde soğutma sağlar.

Buzu ısıtmadan eritmenin bir yolu, birkaç yüklü parçacık veya iyon eklemek. Yollarda buzlanmayı önlemek için tuz kullanmak bu durumun yaygın bir örneği. İyonokalorik döngü de tuzu, bir sıvının fazını değiştirip çevresini soğutmak için kullanır.

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan mekanik mühendis Drew Lilley, “Soğutucuların durumu hâlâ çözülmemiş bir sorun. Hiç kimse, eşyaları soğutan, verimli çalışan, güvenli ve çevreye zarar vermeyen alternatif bir çözüm geliştiremedi. İyonokalorik döngünün, uygun şekilde uygulanırsa, tüm bu hedefleri karşılayabilecek potansiyele sahip olduğunu düşünüyoruz.” dedi.

Araştırmacılar, iyonokalorik döngünün teorisini modelleyerek, mevcut soğutucuların verimliliği ile rekabet edebileceğini veya hatta bunu geliştirebileceğini gösterdi. Sistemde akan bir elektrik akımı, iyonları hareket ettirerek maddenin erime noktasını değiştirir ve sıcaklığı kontrol eder.

Laboratuvar Deneyleri ve İlk Sonuçlar

Araştırma ekibi, ayrıca etilen karbonatı eritmek için iyot ve sodyum içeren bir tuz kullanarak deneyler yaptı. Bu yaygın organik çözücü, lityum-iyon pillerde de kullanılır ve üretiminde karbon dioksit girdi olarak kullanılır. Bu, sistemin yalnızca sıfır küresel ısınma potansiyeline (GWP) sahip olmasını değil, aynı zamanda negatif GWP’ye sahip olmasını da sağlayabilir.

Deneyde bir voltajdan daha az bir yük uygulanarak 25 °C (45 °F) sıcaklık değişimi ölçüldü; bu, diğer kalorik teknolojilerin şimdiye kadar ulaştığından daha yüksek bir sonuç.

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan mekanik mühendis Ravi Prasher, “Üç şeyi dengelemeye çalışıyoruz: soğutucunun GWP’si, enerji verimliliği ve ekipmanın maliyeti” dedi.

“İlk denemeden itibaren verilerimiz, tüm bu üç açıdan çok umut verici görünüyor.”

Mevcut buhar sıkıştırmalı sistemler, çeşitli hidroflorokarbonlar (HFC) gibi yüksek GWP gazlarına dayanır.

Kigali Değişikliği’ni imzalayan ülkeler, önümüzdeki 25 yıl içinde HFC üretim ve tüketimini en az %80 azaltmayı taahhüt etti; iyonokalorik soğutma bunun önemli bir parçası olabilir.

Araştırmacıların önündeki bir sonraki adım, teknolojiyi laboratuvardan çıkarıp ticari olarak kullanılabilecek ve ölçeklendiğinde sorun yaratmayacak sistemlere dönüştürmektir. Nihayetinde bu sistemler hem ısıtma hem de soğutma için kullanılabilir.

Devam eden çalışmalar, farklı tuzların bir alanın ısısını çekmede en etkili kombinasyonlarını belirlemek için test edilmektedir. 2025 yılında uluslararası bir araştırma ekibi, elektrik alanları ve membranlarla geri dönüştürülen nitrat bazlı tuzları kullanarak yüksek verimli bir versiyonun sonuçlarını yayımladı.

Bu, Prasher ve ekibinin araştırmalarının ulaşmasını beklediği şeydi.

Prasher, “Farklı alanlardan öğeleri bir araya getiren yepyeni bir termodinamik döngümüz ve çerçevemiz var ve bunun çalışabileceğini gösterdik” dedi.

“Şimdi, mühendislik zorluklarını karşılamak için farklı malzeme ve teknik kombinasyonlarını test etme zamanı.”

İyonokalorik soğutma, çevreye zarar vermeden yüksek verimle ısı kontrolü sağlayabilen bir yöntem olarak, gelecekte hem ticari hem de endüstriyel alanlarda geleneksel soğutma sistemlerinin yerini alabilecek potansiyele sahip.

Laboratuvar deneylerinde düşük voltajlarla sağlanan önemli sıcaklık değişimleri, sistemin enerji verimliliğini ve çevresel faydasını ortaya koyuyor. Ayrıca farklı tuz ve malzeme kombinasyonları üzerinde yapılacak çalışmalar, teknolojinin ölçeklenebilirliğini ve maliyet etkinliğini artırabilir.

Uzmanlar, bu yöntemin yalnızca soğutma değil, aynı zamanda ısıtma uygulamalarında da kullanılabileceğini belirtiyor. İyonokalorik soğutma, sürdürülebilir enerji kullanımı, iklim dostu teknolojiler ve küresel ısınma potansiyelini azaltma açısından önümüzdeki yıllarda kritik bir rol oynayacak yenilikçi bir çözüm olarak öne çıkıyor.

Derleyen: Damla Şayan