Các hệ thống làm lạnh điển hình phát nhiệt ra ngoài thông qua một loại khí làm mát khi nó giãn ra một khoảng cách nào đó. Cho dù quá trình này có hiệu quả đến đâu, một số loại khí mà chúng ta đang sử dụng cũng đang gây hại cho môi trường.
Tuy nhiên, một phương pháp mới được phát triển bởi các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley và Đại học California, Berkeley, Hoa Kỳ, dã tận dụng cách năng lượng được lưu trữ hoặc giải phóng khi một vật chất thay đổi, như khi băng rắn chuyển thành nước lỏng.
Khi tăng nhiệt độ trên một khối băng, nó sẽ tan chảy. Điều mà chúng ta có thể không dễ dàng nhận thấy là sự tan chảy hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh, làm mát nó một cách hiệu quả.
Một cách để buộc băng tan chảy mà không cần tăng nhiệt là thêm một vài hạt tích điện hoặc ion. Rắc muối trên đường để ngăn chúng bị đóng băng là một ví dụ thực tế phổ biến về điều này. Chu trình nhiệt lượng ion cũng sử dụng muối để thay đổi pha của chất lỏng và làm mát môi trường xung quanh.
Kỹ sư cơ khí ông Drew Lilley, từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley ở California cho biết: “Tác dụng phụ của việc chế tạo chất làm lạnh là một vấn đề chưa được giải quyết. Chưa ai phát triển thành công một giải pháp thay thế làm lạnh đồ đạc nhưng vẫn hoạt động hiệu quả, an toàn và không gây hại cho môi trường. Chúng tôi nghĩ rằng chu kỳ nhiệt lượng ion có khả năng đáp ứng tất cả các mục tiêu đó nếu được thực hiện một cách thích hợp".
Các nhà nghiên cứu đã lập mô hình lý thuyết về chu trình ion nhiệt lượng để chỉ ra cách nó có thể cạnh tranh hoặc thậm chí cải thiện hiệu quả của các chất làm lạnh được sử dụng ngày nay. Một dòng điện chạy qua hệ thống sẽ di chuyển các ion trong đó, làm thay đổi điểm nóng chảy của vật liệu để thay đổi nhiệt độ.
Nhóm nghiên cứu cũng đã chạy các thí nghiệm bằng cách sử dụng một loại muối được làm bằng iôt và natri, để làm tan chảy ethylene cacbonat. Dung môi hữu cơ phổ biến này cũng được sử dụng trong pin lithium-ion, và được sản xuất bằng carbon dioxide làm đầu vào. Điều đó có thể làm cho hệ thống không chỉ GWP (tiềm năng nóng lên toàn cầu) bằng không, mà còn âm tính GWP.
Sự thay đổi nhiệt độ 25 độ C (45 độ F) được đo thông qua việc áp dụng ít hơn một vôn điện tích trong thí nghiệm, một kết quả vượt xa những gì mà các công nghệ nhiệt lượng khác đã đạt được cho đến nay.
Kỹ sư cơ khí ông Ravi Prasher, từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley cho hay: "Có ba điều chúng tôi đang cố gắng cân bằng: GWP của chất làm lạnh, hiệu suất năng lượng và chi phí của chính thiết bị. Ngay từ lần thử đầu tiên, dữ liệu của chúng tôi có vẻ rất hứa hẹn trên cả ba khía cạnh này".
Các hệ thống nén hơi hiện đang được sử dụng trong các quy trình làm lạnh dựa vào các loại khí có GWP cao, chẳng hạn như các hydrofluorocarbon (HFC) khác nhau. Các quốc gia đã đăng ký Bản sửa đổi Kigali đã cam kết giảm sản xuất và tiêu thụ HFC ít nhất 80% trong 25 năm tới – và việc làm mát bằng ion nhiệt lượng có thể đóng một vai trò quan trọng trong quá trình đó.
Giờ đây, các nhà nghiên cứu cần đưa công nghệ ra khỏi phòng thí nghiệm và đưa chúng vào các hệ thống thực tế có thể được sử dụng thương mại và mở rộng quy mô mà không gặp bất kỳ sự cố nào. Cuối cùng, những hệ thống này có thể được sử dụng để sưởi ấm cũng như làm mát.
Ông Prasher nói: “Chúng tôi có khuôn khổ và chu trình nhiệt động lực học hoàn toàn mới này tập hợp các yếu tố từ các lĩnh vực khác nhau và chúng tôi đã chứng minh rằng nó có thể hoạt động. Bây giờ, đã đến lúc thử nghiệm để kiểm tra các kết hợp vật liệu và kỹ thuật khác nhau để đáp ứng các thách thức kỹ thuật".
Như Ý