Τέλος τα ψυγεία: Η νέα τεχνολογία που φέρνει την επανάσταση στην ψύξη
Η νέα τεχνολογία βασίζεται σε θερμογαλβανικά στοιχεία, που παράγουν ψυκτικό αποτέλεσμα μέσω μιας αναστρέψιμης ηλεκτροχημικής αντίδρασης.
Ξεχάστε όσα ξέρατε μέχρι τώρα για το ψυγείο που έχετε στην κουζίνα σας, γιατί μια νέα τεχνολογία είναι εδώ για να φέρει την επανάσταση.
Ερευνητές ανακοίνωσαν στο επιστημονικό περιοδικό Science ότι μια πιο αποδοτική και φιλική προς το περιβάλλον μέθοδος ψύξης μπορεί να βρίσκεται προ των πυλών. Η νέα τεχνολογία βασίζεται σε θερμογαλβανικά στοιχεία, τα οποία παράγουν ψυκτικό αποτέλεσμα μέσω μιας αναστρέψιμης ηλεκτροχημικής αντίδρασης.
Τι είναι η θερμογαλβανική ψύξη
Η θερμογαλβανική ψύξη είναι οικονομικότερη και πιο βιώσιμη σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους ψύξης, καθώς απαιτεί πολύ χαμηλότερη ενεργειακή κατανάλωση. Παράλληλα, η δυνατότητα κλιμάκωσής της την καθιστά κατάλληλη για πληθώρα εφαρμογών, από φορητές συσκευές ψύξης έως βιομηχανικά συστήματα.
«Η θερμογαλβανική τεχνολογία έρχεται στη ζωή μας, είτε ως πηγή καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας είτε ως λύση χαμηλής ισχύος για ψύξη, και τόσο η επιστημονική κοινότητα όσο και οι επιχειρήσεις θα πρέπει να της δώσουν τη δέουσα προσοχή», επισημαίνει ο επικεφαλής της μελέτης Jiangjiang Duan από το Huazhong University of Science and Technology στη Γουχάν της Κίνας.
Τα θερμογαλβανικά στοιχεία αξιοποιούν τη θερμότητα που παράγεται μέσω αναστρέψιμων ηλεκτροχημικών αντιδράσεων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Στη θεωρία, η αντιστροφή αυτής της διαδικασίας – δηλαδή η εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος για την ενεργοποίηση ηλεκτροχημικών αντιδράσεων – μπορεί να παράγει ψυκτική ισχύ.
Τι άλλαξε στις νέες έρευνες
Μέχρι σήμερα, οι έρευνες είχαν δείξει ότι η δυνατότητα ψύξης των θερμογαλβανικών στοιχείων είναι περιορισμένη. Ωστόσο, η ομάδα του Duan κατάφερε να αυξήσει σημαντικά αυτήν την ικανότητα, βελτιστοποιώντας τα χημικά που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία.
«Ενώ προηγούμενες μελέτες επικεντρώθηκαν κυρίως στον αρχικό σχεδιασμό του συστήματος και σε αριθμητικές προσομοιώσεις, εμείς προτείνουμε μια ορθολογική και καθολική στρατηγική σχεδιασμού των θερμογαλβανικών ηλεκτρολυτών, επιτυγχάνοντας ρεκόρ απόδοσης ψύξης που μπορεί να έχει πρακτικές εφαρμογές», τονίζει ο Duan.
Η τεχνολογία βασίζεται σε ηλεκτροχημικές αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής που περιλαμβάνουν διαλυμένα ιόντα σιδήρου. Σε μία φάση της αντίδρασης, τα ιόντα σιδήρου χάνουν ένα ηλεκτρόνιο και απορροφούν θερμότητα (Fe³⁺ → Fe²⁺), ενώ στη δεύτερη φάση αποκτούν ένα ηλεκτρόνιο και απελευθερώνουν θερμότητα (Fe²⁺ → Fe³⁺). Η θερμότητα που απορροφάται από την πρώτη αντίδραση ψύχει το διάλυμα του ηλεκτρολύτη, ενώ η θερμότητα που παράγεται στη δεύτερη απομακρύνεται μέσω ενός συστήματος απαγωγής θερμότητας.
Με τη βελτίωση της σύνθεσης του ηλεκτρολύτη – τόσο των διαλυτών όσο και των διαλυμένων ουσιών – οι ερευνητές αύξησαν την αποδοτικότητα του θερμογαλβανικού στοιχείου. Συγκεκριμένα, χρησιμοποίησαν ένα ενυδατωμένο άλας σιδήρου με περιχλωρικό, το οποίο επέτρεψε στα ιόντα σιδήρου να διαλύονται και να διαχωρίζονται πιο αποτελεσματικά συγκριτικά με άλλα άλατα, όπως το φερρικυανίδιο.
Επιπλέον, αντί για καθαρό νερό, διέλυσαν τα άλατα σιδήρου σε έναν διαλύτη που περιείχε νιτρίλια, αυξάνοντας έτσι την ψυκτική απόδοση του θερμογαλβανικού στοιχείου κατά 70%.
Το βελτιστοποιημένο σύστημα κατάφερε να μειώσει τη θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη κατά 1,42 K – μια τεράστια βελτίωση σε σύγκριση με τα 0,1 K που είχαν επιτευχθεί σε προηγούμενα θερμογαλβανικά συστήματα.
Στο μέλλον, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να συνεχίσει τη βελτιστοποίηση του σχεδιασμού του συστήματος, ενώ διερευνά και πιθανές εμπορικές εφαρμογές.
«Παρόλο που ο προχωρημένος ηλεκτρολύτης μας είναι εμπορικά βιώσιμος, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για τη σχεδίαση του συστήματος, την κλιμάκωση και τη σταθερότητά του, ώστε να προωθηθεί η πρακτική εφαρμογή της τεχνολογίας», εξηγεί ο Duan.
«Στόχος μας είναι να συνεχίσουμε να βελτιώνουμε την απόδοση της θερμογαλβανικής ψύξης, διερευνώντας νέους μηχανισμούς και προηγμένα υλικά. Παράλληλα, εργαζόμαστε για την ανάπτυξη διαφορετικών πρωτοτύπων ψυγείων με εφαρμογή σε πραγματικά σενάρια και αναζητούμε συνεργασίες με καινοτόμες εταιρείες για την εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας».
