تنقل أنظمة التبريد النموذجية الحرارة بعيدا عن فضاء البراد عبر غاز يبرد أثناء تمدده بعيدا. وبقدر فعالية هذه العملية، فإن بعض الغازات التي نستخدمها غير صديقة للبيئة خاصة.

ومع ذلك، هناك أكثر من طريقة يمكن بها إجبار مادة ما على امتصاص وتسليط الطاقة الحرارية.


وتستفيد الطريقة الجديدة التي طورها باحثون من مختبر لورانس بيركلي الوطني وجامعة كاليفورنيا، بيركلي، في الولايات المتحدة من الطريقة التي يتم بها تخزين الطاقة أو إطلاقها عندما تتغير المادة، كما هو الحال عندما يتحول الجليد الصلب إلى ماء سائل.

ارفع درجة حرارة كتلة من الثلج، فستذوب. ما قد لا نراه بهذه السهولة هو أن الذوبان يمتص الحرارة من محيطه، ويبرده بشكل فعال.

وتتمثل إحدى طرق إجبار الجليد على الذوبان دون الحاجة إلى زيادة الحرارة في إضافة بعض الجسيمات المشحونة أو الأيونات. ويعد وضع الملح على الطرق لمنع تشكل الجليد مثالا شائعا على ذلك في العمل. وتستخدم الدورة الأيونية أيضا الملح لتغيير طور السائل وتبريد محيطه.

ويقول المهندس الميكانيكي درو ليلي، من مختبر لورانس بيركلي الوطني في كاليفورنيا: "إن طبيعة المبردات مشكلة لم يتم حلها. لم ينجح أحد في تطوير حل بديل يجعل الأشياء باردة، ويعمل بكفاءة، ويكون آمناً، لا يضر بالبيئة. نعتقد أن الدورة الأيونية لديها القدرة على تلبية كل هذه الأهداف إذا تم تحقيقها بشكل مناسب".

وقد قام الباحثون بنمذجة نظرية الدورة الأيونية لإظهار كيف يمكن أن تنافس، أو حتى تحسن، كفاءة المبردات المستخدمة اليوم. وقد يؤدي التيار الذي يمر عبر النظام إلى تحريك الأيونات الموجودة فيه، ما يؤدي إلى تحويل نقطة انصهار المادة لتغيير درجة الحرارة.

وأجرى الفريق أيضا تجارب باستخدام ملح مصنوع من اليود والصوديوم لإذابة كربونات الإيثيلين. ويستخدم هذا المذيب العضوي الشائع أيضا في بطاريات الليثيوم أيون، ويتم إنتاجه باستخدام ثاني أكسيد الكربون كمدخل. 

وتم قياس تحول في درجة الحرارة بمقدار 25 درجة مئوية (45 درجة فهرنهايت) من خلال تطبيق أقل من فولت واحد من الشحنة في التجربة، وهي نتيجة تتجاوز ما تمكنت تقنيات السعرات الحرارية الأخرى من تحقيقه حتى الآن.

ويقول المهندس الميكانيكي رافي براشر، من مختبر لورانس بيركلي الوطني: "هناك ثلاثة أشياء نحاول تحقيق التوازن بينها: القدرة على إحداث الاحترار العالمي لغاز التبريد، وكفاءة الطاقة، وتكلفة المعدات نفسها. من المحاولة الأولى، تبدو بياناتنا واعدة للغاية في ما يتعلق بجميع هذه الجوانب الثلاثة".

وتعتمد أنظمة ضغط البخار المستخدمة حاليا في عمليات التبريد على الغازات التي لها قدرة عالية على إحداث الاحترار العالمي، مثل مركبات الهيدروفلوروكربون المختلفة (HFCs). والتزمت البلدان التي وقعت على تعديل كيغالي بتخفيض إنتاج واستهلاك مركبات الكربون الهيدروفلورية بنسبة 80% على الأقل على مدى السنوات الخمس والعشرين القادمة - ويمكن أن يلعب التبريد المحوري الأيوني دورا رئيسيا في ذلك.

والآن، يحتاج الباحثون إلى إخراج التكنولوجيا من المختبر إلى الأنظمة العملية التي يمكن استخدامها تجاريا والتي يمكن توسيع نطاقها دون أي مشاكل. في النهاية، يمكن استخدام هذه الأنظمة للتدفئة وكذلك للتبريد.

نشر البحث في مجلة Science.

المصدر: ساينس ألرت