Ученые предрекают эру холодильников с новым механизмом охлаждения
Современные холодильники работают по принципам, разработанным еще в середине прошлого века. Несмотря на технологический прогресс в различных областях, системы охлаждения остаются практически неизменными.
Однако ученые из Китая предлагают инновационную технологию, которая может сделать этот процесс более эффективным, экономичным и экологически чистым. Они разработали метод, основанный на термогальванических элементах, способных охлаждать окружающую среду с помощью обратимых электрохимических реакций. Это означает, что охлаждение будет происходить за счет перераспределения энергии внутри системы, а не путем потребления большого количества электричества, как это происходит в современных холодильниках.
Привычные нам холодильники работают по принципу сжатия и расширения газа. Этот физический процесс требует значительных затрат энергии, а используемые хладагенты наносят вред окружающей среде. Новая технология термогальванического охлаждения обещает решить эти проблемы.
Она задействует меньше энергии, а значит, снижает нагрузку на энергосистему и уменьшает выбросы углекислого газа. Кроме того, в ней не используются обычные рабочие вещества холодильной машины, что делает ее безопасной для природы. Еще одно преимущество заключается в том, что технологию можно адаптировать для нужд разных масштабов — встраивать в небольшие переносные устройства и промышленные холодильные установки одновременно.
Принцип работы термогальванических элементов основан на изменении состояния ионов железа в специальном растворе. Когда через систему проходит электрический ток, запускается химическая реакция, в ходе которой ионы железа поглощают или выделяют тепло. В одной фазе процесса ионы теряют электрон, забирая тепло из окружающей среды, тем самым охлаждая раствор. В другой фазе они, наоборот, возвращают его, выделяя тепло, которое затем отводится радиатором. Этот процесс можно повторять бесконечное количество раз, обеспечивая непрерывное охлаждение при минимальных энергозатратах.
Исследователи смогли повысить эффективность технологии, изменив состав используемого раствора. Они добавили в него обработанную водой соль железа с сильным окислителем — перхлоратом, что позволило ионам лучше растворяться и быстрее вступать в реакцию. Кроме того, вместо воды в растворе использовали устойчивые к высоким температурам нитрилы, что помогло увеличить охлаждающую способность на 70%. В результате оптимизированная система стала понижать температуру раствора на 1,42 K, что существенно превышает предыдущие показатели в 0,1 K.
Полученные результаты — прорыв в развитии термогальванических технологий. Новая система способна работать эффективнее большинства современных аналогов и при этом не наносит вред окружающей среде. В будущем ученые планируют продолжить работу над улучшением конструкции и внутреннего устройства системы, изучить дополнительные материалы, которые могут повысить эффективность охлаждения, а также разработать прототипы для конкретных компаний.
Эта технология может найти применение в самых разных сферах. В быту она позволит создать экономичные и безопасные холодильники. В промышленности — уменьшить затраты на поддержание низких температур, например, при необходимости хранить продукты питания и медикаменты. Также возможны новые не распространенные способы использования. Например, охлаждение помещений для спортсменов или людей, работающих в жарком климате.
Ученые уверены, что термогальваническое охлаждение это технология будущего. Сейчас ведутся исследования, направленные на то, чтобы повысить стабильность системы и адаптировать ее для массового производства. Разработчики также ищут партнеров среди инновационных компаний, которые помогут внедрить новшество в повседневную жизнь. Если их планы осуществятся, то в ближайшие десятилетия в магазинах появятся новые холодильники, чья работа будет основана на совершенно иных принципах, чем те, к которым мы привыкли.
Ранее мы писали о роботизированной газонокосилке с GPS.
