Gli scienziati hanno inventato un processo completamente nuovo per refrigerare gli oggetti: ScienceAlert

Sep 05, 2023

Saluta il raffreddamento ionocalorico. È un nuovo modo per abbassare le temperature con il potenziale di sostituire i metodi esistenti di refrigerazione con un processo più sicuro e migliore per il pianeta.

I tipici sistemi di refrigerazione trasportano il calore lontano da uno spazio attraverso un fluido che assorbe calore mentre evapora in un gas, che viene quindi trasportato attraverso un tubo chiuso e condensato nuovamente in un liquido. Per quanto efficace sia questo processo, alcuni dei materiali scelti che utilizziamo come refrigeranti sono particolarmente ostili all’ambiente.

Esiste, tuttavia, più di un modo in cui una sostanza può essere costretta ad assorbire e cedere energia termica.

Un metodo sviluppato dai ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory e dell’Università della California, Berkeley, negli Stati Uniti, sfrutta il modo in cui l’energia viene immagazzinata o rilasciata quando un materiale cambia fase, come ad esempio quando il ghiaccio solido si trasforma in acqua liquida .

Alza la temperatura su un blocco di ghiaccio, si scioglierà. Ciò che potremmo non vedere così facilmente è che la fusione assorbe calore dall’ambiente circostante, raffreddandolo di fatto.

Un modo per forzare lo scioglimento del ghiaccio senza dover aumentare la temperatura è aggiungere alcune particelle cariche, o ioni. Spargere sale sulle strade per prevenire la formazione di ghiaccio è un esempio comune di ciò in pratica. Il ciclo ionocalorico utilizza anche il sale per cambiare la fase di un fluido e raffreddare l'ambiente circostante.

"Il panorama dei refrigeranti è un problema irrisolto", ha affermato l'ingegnere meccanico Drew Lilley del Lawrence Berkeley National Laboratory in California nella dichiarazione del gennaio 2023. "Nessuno è riuscito a sviluppare con successo una soluzione alternativa che renda le cose fredde, funzioni in modo efficiente, sia sicura e non danneggi l'ambiente."

"Pensiamo che il ciclo ionocalorico abbia il potenziale per raggiungere tutti questi obiettivi se realizzato in modo appropriato."

I ricercatori hanno modellato la teoria del ciclo ionocalorico per mostrare come potrebbe potenzialmente competere con, o addirittura migliorare, l’efficienza dei refrigeranti in uso oggi. Una corrente che attraversa il sistema sposterebbe gli ioni al suo interno, spostando il punto di fusione del materiale per cambiare la temperatura.

Il team ha anche condotto esperimenti utilizzando un sale preparato con iodio e sodio per sciogliere il carbonato di etilene. Questo comune solvente organico viene utilizzato anche nelle batterie agli ioni di litio e viene prodotto utilizzando l'anidride carbonica come input. Ciò potrebbe rendere il sistema non solo GWP [potenziale di riscaldamento globale] pari a zero, ma GWP negativo.

Uno spostamento di temperatura di 25 gradi Celsius (45 gradi Fahrenheit) è stato misurato attraverso l’applicazione di meno di un singolo volt di carica nell’esperimento, un risultato che supera ciò che altre tecnologie caloriche sono riuscite a ottenere finora.

"Ci sono tre cose che stiamo cercando di bilanciare: il GWP del refrigerante, l'efficienza energetica e il costo dell'attrezzatura stessa", ha affermato l'ingegnere meccanico Ravi Prasher del Lawrence Berkeley National Laboratory.

"Fin dal primo tentativo, i nostri dati sembrano molto promettenti su tutti e tre questi aspetti."

I sistemi di compressione del vapore attualmente utilizzati nei processi di refrigerazione si basano su gas con GWP elevato, come vari idrofluorocarburi (HFC). I paesi che hanno sottoscritto l’emendamento di Kigali si sono impegnati a ridurre la produzione e il consumo di HFC di almeno l’80% nei prossimi 25 anni – e il raffreddamento ionocalorico potrebbe svolgere un ruolo importante in questo.

Ora, i ricercatori devono portare la tecnologia fuori dal laboratorio e inserirla in sistemi pratici che possano essere utilizzati a livello commerciale e che possano espandersi senza problemi. Alla fine, questi sistemi potrebbero essere utilizzati sia per il riscaldamento che per il raffreddamento.

"Abbiamo questo nuovissimo ciclo termodinamico e una struttura che riunisce elementi provenienti da diversi campi e abbiamo dimostrato che può funzionare", ha affermato Prasher.

"Ora è il momento della sperimentazione per testare diverse combinazioni di materiali e tecniche per affrontare le sfide ingegneristiche."

La ricerca è stata pubblicata su Science.

Una versione di questo articolo è stata pubblicata per la prima volta nel gennaio 2023.