과학자들이 사물을 냉장하는 완전히 새로운 프로세스를 발명했습니다.

Sep 05, 2023

이온칼로리 냉각을 만나보세요. 이는 기존의 냉각 방법을 지구를 위해 더 안전하고 더 나은 공정으로 대체할 수 있는 잠재력을 지닌 온도를 낮추는 새로운 방법입니다.

일반적인 냉동 시스템은 열이 가스로 증발하면서 열을 흡수하는 유체를 통해 공간에서 열을 외부로 전달합니다. 이 유체는 닫힌 튜브를 통해 전달되어 다시 액체로 응축됩니다. 이 공정이 효과적인 만큼, 우리가 냉매로 사용하는 일부 재료는 특히 환경에 비친화적입니다.

그러나 물질이 열 에너지를 흡수하고 발산하도록 강제할 수 있는 방법은 여러 가지가 있습니다.

미국 로렌스버클리국립연구소와 UC버클리 연구진이 개발한 방법은 고체 얼음이 액체 물로 변하는 등 물질의 상이 변할 때 에너지가 저장되거나 방출되는 방식을 활용한 것이다. .

얼음 덩어리의 온도를 높이면 녹을 것입니다. 우리가 쉽게 볼 수 없는 것은 용융이 주변의 열을 흡수하여 효과적으로 냉각한다는 것입니다.

열을 높이지 않고도 얼음을 강제로 녹이는 한 가지 방법은 몇 개의 하전 입자 또는 이온을 추가하는 것입니다. 얼음이 형성되는 것을 방지하기 위해 도로에 소금을 뿌리는 것이 이에 대한 일반적인 예입니다. 이온칼로리 순환은 또한 염분을 사용하여 유체의 위상을 변경하고 주변 환경을 냉각시킵니다.

2023년 1월 캘리포니아 로렌스 버클리 국립 연구소의 기계 엔지니어 Drew Lilley는 "냉매 분야는 해결되지 않은 문제입니다."라고 말했습니다. "아무도 물건을 차갑게 만들고, 효율적으로 작동하고, 안전하고, 환경에 해를 끼치지 않는 대체 솔루션을 성공적으로 개발하지 못했습니다."

"우리는 이온열량 주기가 적절하게 실현된다면 이러한 모든 목표를 달성할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 생각합니다."

연구자들은 이온열량 순환 이론을 모델링하여 오늘날 사용되는 냉매의 효율성과 잠재적으로 경쟁하거나 심지어 향상시킬 수 있는 방법을 보여주었습니다. 시스템을 통해 흐르는 전류는 내부의 이온을 이동시켜 물질의 녹는점을 이동시켜 온도를 변화시킵니다.

연구팀은 요오드와 나트륨으로 만든 소금을 사용해 에틸렌카보네이트를 녹이는 실험도 진행했다. 이 일반적인 유기 용매는 리튬 이온 배터리에도 사용되며 이산화탄소를 투입물로 사용하여 생산됩니다. 이는 시스템을 GWP(지구 온난화 지수)를 0으로 만들 뿐만 아니라 GWP를 마이너스로 만들 수도 있습니다.

섭씨 25도(화씨 45도)의 온도 변화는 실험에서 1볼트 미만의 전하를 적용하여 측정되었으며, 이는 지금까지 다른 칼로리 기술이 달성한 것보다 더 높은 결과입니다.

로렌스 버클리 국립 연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)의 기계 엔지니어인 Ravi Prasher는 "우리가 균형을 맞추려고 하는 세 가지 요소는 냉매의 GWP, 에너지 효율성, 장비 자체의 비용입니다."라고 말했습니다.

"첫 번째 시도에서 우리 데이터는 이 세 가지 측면 모두에서 매우 유망해 보였습니다."

현재 냉동 공정에 사용되는 증기 압축 시스템은 다양한 HFC(수소불화탄소)와 같이 GWP가 높은 가스에 의존합니다. 키갈리 수정안(Kigali Amendment)에 서명한 국가들은 향후 25년 동안 HFC의 생산 및 소비를 최소 80% 줄이기로 약속했으며, 이온칼로리 냉각은 이에 중요한 역할을 할 수 있습니다.

이제 연구자들은 기술을 실험실에서 벗어나 상업적으로 사용할 수 있고 문제 없이 확장할 수 있는 실제 시스템으로 가져와야 합니다. 결국 이러한 시스템은 냉방뿐만 아니라 난방에도 사용될 수 있습니다.

Prasher는 "우리는 다양한 분야의 요소를 통합하는 새로운 열역학적 사이클과 프레임워크를 보유하고 있으며 이것이 작동할 수 있음을 보여주었습니다."라고 말했습니다.

"이제 엔지니어링 과제를 해결하기 위해 재료와 기술의 다양한 조합을 테스트하는 실험의 시간입니다."

이 연구는 사이언스(Science)에 게재되었습니다.

이 기사의 버전은 2023년 1월에 처음 게시되었습니다.