Pendinginan ionokalori membuat lemari es tipe baru

Sebuah metode pendinginan baru yang dijuluki "pendinginan ionokalori" suatu hari nanti dapat menggantikan sistem tradisional berdasarkan kompresi uap, mengurangi kebutuhan akan gas yang merusak atmosfer bumi dan berkontribusi terhadap perubahan iklim. Metode yang dikembangkan oleh para peneliti di Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) di AS ini memanfaatkan cara energi disimpan atau dilepaskan ketika suatu material berubah fase, seperti dari padat menjadi cair atau sebaliknya.

Lemari es dan AC konvensional dirancang untuk menggunakan hidrofluorokarbon yang mudah menguap, yang merupakan gas rumah kaca yang sangat kuat dengan potensi pemanasan global (GWP) 2000 kali lebih besar daripada karbon dioksida. Dalam sistem seperti itu, refrigeran dipompa di sekitar lingkaran tertutup di mana ia mengalami perubahan fasa dari cair menjadi gas dan kemudian kembali menjadi cair. Transisi ke gas melibatkan ekspansi dan membutuhkan energi, yang diperoleh refrigeran dengan mendinginkan lingkungan di sisi "dingin" nya. Panas kemudian dilepaskan pada sisi "panas" saat cairan mengembun kembali menjadi cairan.

Siklus standar ini juga dapat diterapkan pada zat lain yang juga mengalami transisi fase yang melibatkan penyerapan dan emisi panas. Zat alternatif ini termasuk bahan elektrokalorik dan magnetokalorik, yang beralih di antara dua fase padat dengan adanya medan listrik atau magnet yang diterapkan. Kelemahannya adalah kemampuan pemanasan dan pendinginan refrigeran elektrokalorik dan magnetokalorik relatif sederhana, menyebabkan siklus pendinginan yang tidak efisien untuk penggunaan praktis secara luas.

Kemungkinan ketiga adalah dengan menggunakan efek barocaloric, yang terjadi ketika material yang dikompresi dan diekspansi adalah padatan dan bukan cairan atau gas. Namun, untuk sebagian besar bahan barokalori, efek ini sangat kecil pada suhu dan tekanan sekitar.

Efek kalori yang benar-benar baru

Teknik baru ditemukan oleh Menggambar Lilley dan Ravi Prasher di LBNL memanfaatkan efek kalori yang sama sekali berbeda. Ini bekerja dengan menambahkan garam ke padatan, yang membuat padatan “ingin” menjadi cairan dengan cara yang sama seperti menambahkan garam ke jalan es yang dingin mengubah es menjadi lumpur.

“Untuk menjadi cair, benda padat harus meleleh, artinya harus menyerap energi,” jelas Lilley. “Jika Anda mencegah benda padat menyerap energi dari sekelilingnya, ia akan 'mencuri' energi dari dirinya sendiri, sehingga mendinginkan seluruh materi (lihat langkah 1 sampai 2 pada gambar di atas). Setelah mendingin, padatan dapat terus meleleh, tetapi pada suhu yang lebih rendah, dan menyerap energi dari lingkungannya. Ini mengarah ke pendinginan (langkah 2 hingga 3 dalam diagram).

Lilley selanjutnya menjelaskan bahwa mekanisme perubahan fasa dan suhu dalam siklus “ionokalori” ini adalah aliran atom atau molekul bermuatan listrik – ion – ketika arus dialirkan ke sistem. Jika ion kemudian dikeluarkan dari cairan yang mengandung garam terlarut (langkah 3 sampai 4 dalam diagram), efek sebaliknya terjadi: zat tidak lagi “ingin” menjadi cair, sehingga menjadi padat. Untuk melakukannya, ia harus mengkristal dan melepaskan energi, tetapi jika ia dicegah dari pertukaran energi dengan lingkungannya, ia malah akan melepaskan energi ke dirinya sendiri dan memanas. Setelah dipanaskan, ia akan terus melepaskan energi dengan mengkristal dan melepaskan panas ini ke lingkungannya.

Dalam serangkaian percobaan yang dirancang untuk menguji kemampuan pendinginan proses pencampuran pelarut-garam ini, Lilley dan Prasher menemukan bahwa suhu menurun hingga 28 °C menggunakan kurang dari 1 V arus yang diterapkan. Mereka juga mengamati variasi entropi (entitas fisik yang digunakan untuk memperkirakan efektivitas prinsip pendinginan) sebesar 500 JK.^-1 kg^-1. Ini lebih besar dari variasi yang diamati pada bahan magnetocaloric dan electrocaloric dan mirip dengan bahan barocaloric terbaik (kristal plastik neopentylglycol). Ini juga sebanding dengan refrigeran saat ini.

Siklus yang lambat dan asin

Garam yang digunakan para peneliti terbuat dari yodium dan natrium, dan mereka mencampurnya dengan etilen karbonat – pelarut organik umum yang kebetulan merupakan aditif umum dalam elektrolit baterai lithium-ion. Campuran etilen karbonat-natrium iodida (EC-NaI) yang dihasilkan adalah, kata mereka, CO2-negatif, ramah lingkungan, tidak berbahaya, nol-GWP, tidak beracun dan tidak mudah terbakar.

Pelumas nano membuat lemari es rumah tangga lebih efisien

“Teknologi kami berkelanjutan [dan] tidak menggunakan medan ekstrem – kami hanya perlu menerapkan sekitar 1 V,” kata Lilley Dunia Fisika. Dia menambahkan bahwa efisiensi sistem prototipe dalam percobaan mereka adalah "empat sampai lima kali lebih besar dari prototipe sebelumnya yang menggunakan bahan solid-state" dan menunjukkan "kepadatan daya yang menyaingi kompresi uap".

Kelemahan utama refrigerasi ionokalori adalah kecepatannya yang lambat. Menurut Lilley dan Prasher, yang menerbitkan karya mereka di Ilmu, satu siklus dapat memakan waktu antara lima menit dan beberapa jam. Walaupun demikian, Emmanuel Defay, seorang peneliti di Institut Sains dan Teknologi Luksemburg yang tidak terlibat dalam pekerjaan, terkesan dengan potensi anggota baru dari keluarga bahan kalori ini. “Ini menunjukkan efisiensi yang tinggi dan ramah lingkungan,” tulisnya dalam artikel terkait Perspektif artikel. “Ini adalah pesaing serius untuk masa depan pendinginan.”

Langkah selanjutnya para peneliti LBNL adalah memulai sebuah perusahaan untuk mengkomersialkan teknologi mereka. “Mudah-mudahan pendekatan kami akan berdampak pada dunia nyata dalam meningkatkan pendinginan dan pemompaan panas melalui peningkatan efisiensi dan dekarbonisasi zat pendingin,” kata Lilley.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/ionocaloric-cooling-makes-a-new-type-of-refrigerator/