دانشمندان اسلوونیایی فناوری خنک‌کننده پاک توسعه می‌دهند، مبردهای سمی را جایگزین می‌کنند

در حالی که مبردهای سنتی برای تأمین انرژی خنک‌کنندگی به تغییر حالت از مایع به گاز و برعکس متکی هستند، مواد جامدی مانند آلیاژ نیکل-تیتانیوم تنها به تنش مکانیکی نیاز دارند تا این کار را انجام دهند و یک جایگزین پایدار ارائه می‌دهند.
محققان اسلوونیایی در حال توسعه یک رویکرد جدید در فناوری خنک‌کنندگی هستند که راهی پایدارتر برای خنک ماندن در دنیای در حال گرمایش بدون اتکا به مبردهای مضر ارائه می‌دهد.

فناوری تراکم بخار مورد استفاده در بیشتر یخچال‌ها و تهویه‌های مطبوع بیش از یک قرن قدمت دارد، نسبتاً ناکارآمد و برای محیط زیست مضر است. اگرچه مضرترین مبردها در سال 1989 ممنوع شدند، اما جایگزین‌های آنها - هیدروفلوروکربن‌ها (HFCs) - مشخص شد که اثر گازهای گلخانه‌ای هزاران برابر بیشتر از دی‌اکسید کربن دارند.
اکنون، دانشمند یاکا توشک، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه لیوبلیانا در اسلوونی، و تیمش در حال آزمایش فناوری هستند که هدف آن جایگزینی مبردهای سمی با لوله‌های فلزی است. مطالعه توشک ادامه‌ای بر یک پروژه تحقیقاتی اتحادیه اروپا با عنوان SUPERCOOL است که از سال ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۳ در این دانشگاه انجام شد.

سیستم‌های خنک‌کننده منسوخ شده دارای هزینه پنهان آب‌وهوایی هستند  
توشک اشاره می‌کند که اگر تنها ۲.۲ پوند (حدود ۱ کیلوگرم) از برخی مبردها به اتمسفر نشت کند، تأثیر زیست‌محیطی آن قابل مقایسه با رانندگی یک خودرو به مسافت حدود ۱۸٬۶۰۰ مایل (۳۰٬۰۰۰ کیلومتر) است. به همین دلیل، هیدروفلوروکربن‌ها در حال حاضر در حال حذف تدریجی هستند. با این حال، جایگزین‌های طبیعی مانند آمونیاک و ایزوبوتان با چالش‌های خاص خود از جمله سمیت، اشتعال‌پذیری و کاهش راندمان در آب‌وهوای گرم روبرو هستند.

در حالی که فناوری‌های خنک‌کننده حالت جامد هنوز در مراحل اولیه هستند، پتانسیل ارائه خنک‌کنندگی ایمن‌تر، بی‌صداتر و کارآمدتر بدون آسیب به محیط زیست را دارند.

محققان اکنون در حال کار بر روی تجاری‌سازی این فناوری به عنوان بخشی از پروژه E-CO-HEAT هستند که تا اوایل سال ۲۰۲۶ ادامه دارد. آن‌ها در حال آماده‌سازی ثبت اختراع و توسعه یک استراتژی برای پذیرش صنعتی هستند. بهبود راندمان و پایداری فناوری‌های کنترل دما، تمرکز اصلی استراتژی گرمایش و سرمایش اتحادیه اروپا است که بخشی ضروری از توافق سبز اروپا محسوب می‌شود.

بر اساس آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، سرمایش در حال حاضر ۱۰٪ از تقاضای برق جهانی را به خود اختصاص می‌دهد. نیاز به این فناوری‌ها به دلیل افزایش دما و رشد تقاضا در کشورهای در حال توسعه به سرعت در حال افزایش است. با ادامه افزایش دما، فشار برای یافتن راه‌حل‌های انرژی‌کارآمدتر و پایدارتر تشدید می‌شود.

آلیاژ نیکل-تیتانیوم می‌تواند ضمن حفظ حالت جامد، خنک‌کنندگی را تضمین کند  
توشک خاطرنشان می‌کند که در حال حاضر حدود دو میلیارد واحد تهویه مطبوع در سراسر جهان وجود دارد و آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) پیش‌بینی می‌کند این تعداد تا سال ۲۰۵۰ تقریباً سه برابر شود. این رشد سریع، همراه با این واقعیت که بسیاری از واحدهای تهویه مطبوع برای محیط زیست مضر هستند، می‌تواند به یک بحران زیست‌محیطی قابل توجه منجر شود.

سرمایش به شیمی بنیادی تغییر فازها متکی است، جایی که ماده بین حالت‌های مختلف - جامد، مایع یا گاز - تغییر می‌کند. در سیستم‌های خنک‌کننده سنتی، فرآیند تبدیل از مایع به گاز و برعکس، چرخه سرمایش را به حرکت در می‌آورد. با این حال، برخی مواد، مانند آلیاژ نیتینول (نیکل-تیتانیوم)، می‌توانند ضمن حفظ حالت جامد، تغییر فاز را تجربه کنند.
هنگامی که تنش مکانیکی به برخی مواد اعمال می‌شود، آن‌ها گرم می‌شوند و زمانی که تنش رها می‌شود، خنک می‌شوند. این فرآیند که به عنوان سرمایش الاستوکالوریک شناخته می‌شود، از موادی استفاده می‌کند که برای افراد یا محیط زیست مضر نیستند. برخلاف مبردهای سنتی، مواد الاستوکالوریک مانند نیتینول - که به دلیل زیست‌سازگاری معمولاً در پزشکی استفاده می‌شوند - جایگزین ایمن‌تری ارائه می‌دهند. از نظر تئوری، این فناوری می‌تواند به طور قابل توجهی کارآمدتر باشد، اگرچه هنوز در مرحله توسعه قرار دارد.

دانشمندان خاطرنشان می‌کنند که نمونه اولیه آن‌ها در حال حاضر در ۱۵٪ از حداکثر بازدهی خود عمل می‌کند، در حالی که فناوری تراکم بخار معمولاً با بازدهی ۲۰-۳۰٪ کار می‌کند. با این حال، از آنجایی که توسعه این فناوری کمتر از ۱۰ سال است، محققان معتقدند که هنوز فضای زیادی برای بهبود وجود دارد.

توشک و تیمش با یک شرکت فناوری از ایرلند و همچنین دانشگاه‌هایی در آلمان و ایتالیا همکاری می‌کنند تا یک سیستم تهویه مطبوع پیشرفته بر اساس این فناوری توسعه دهند. این همکاری SMACool نامگذاری شده است.