برای اولین بار در جهان: مهندسان سیستم تهویه مطبوع با مبرد حالت جامد ساختند

زمین رفته‌رفته در حال گرم‌تر شدن است و بسیاری افراد برای غلبه بر گرما، از کولرهای گازی استفاده می‌کنند. با این حال، مبردهای هیدروفلوئوروکربن این دستگاه‌ها و سایر خنک‌کننده‌ها، گازهای گلخانه‌ای قدرتمندی هستند که باعث تغییرات آب‌و‌هوایی می‌شوند. حالا دانشمندان نمونه اولیه دستگاهی را معرفی کرده‌اند که می‌تواند روزی جایگزین دستگاه‌های تهویه مطبوع کنونی (A/C) شود. نکته قابل‌توجه اینکه این دستگاه بسیار دوستدار محیط زیست است و برای خنک کردن فضا از مبردهای حالت جامد استفاده می‌کند.

سیستم‌های خنک‌کننده سنتی با ایجاد چرخه مبرد (خنک‌کننده) بین گاز یا مایع کار می‌کنند. در این سیستم‌ها، هنگامی که مایع تبدیل به گاز می‌شود، منبسط شده و گرما را به خود جذب می‌کند تا فضای اتاق خنک شود. سپس کمپرسور گاز را دوباره به مایع تبدیل کرده و گرما آزاد می‌کند.

در کولر گازی، این گرما به بیرون از خانه هدایت می‌شود. هرچند چرخه این سیستم موثر به نظر می‌رسد، اما مبردهای استفاده شده در آن‌ها هزاران برابر از دی اکسید کربن قوی‌تر هستند و نگرانی‌هایی زیادی در مورد تغییرات آب‌و‌هوایی ایجاد می‌کنند.

استفاده از مبرد حالت جامد در سیستم تهویه مطبوع

مبردهای حالت جامد می‌توانند یک رویکرد ایده‌آل برای حل این مشکل باشند زیرا برخلاف گازها، مواد حالت جامد از واحدهای تهویه مطبوع به محیط نشت نمی‌کنند. حالا محققان در تحقیقات جدید خود متوجه شده‌اند که دسته‌ای از مبردهای حالت جامد به نام مواد باروکالریک، عملکردی مشابه با سیستم‌های خنک‌کننده گاز مایع سنتی ارائه می‌کنند.

جنبه ساختاری کلیدی مواد حالت جامد باروکالریک این است که زنجیره‌های مولکولی بلند و انعطاف‌پذیری دارند که معمولا سست و نامنظم هستند. اما زمانی که زنجیره‌ها تحت فشار قرار بگیرند، منظم‌تر و سفت‌تر می‌شوند، تغییری که باعث آزاد شدن گرما می‌شود. هنگامی که این فشار آزاد می‌شود، ماده گرما را دوباره جذب می‌کند تا چرخه کامل شود.

با این حال، سیستم‌های باروکالریک دارای معایب منحصر‌به‌فرد خود نیز هستند. بیشتر این مواد برای ایجاد چرخه گرما به فشار و نیرو بسیار زیادی نیاز دارند که برای تولید این نیروها، تجهیزات گران‌قیمت و تخصصی مورد نیاز است.

اما «جراد میسون»، محقق اصلی این پژوهش از دانشگاه هاروارد به همراه تیمش، موارد باروکالری را گزارش کرده‌اند که با وجود فشار بسیار کم، می‌توانند به عنوان یک مبرد عمل کنند. این مبردها که «پروسکایت‌های متال هالید» (metal-halide perovskites) نامیده می‌شوند، می‌توانند در یک سیستم خنک کننده که از پایه ساخته شده، مورد استفاده قرار بگیرند.

نمونه اولیه دستگاه ارائه شده توسط آن‌ها می‌تواند استفاده از این مواد جدید را در یک سیستم خنک‌کننده عملی نشان دهد. این دستگاه دارای سه قسمت اصلی است: یک لوله فلزی بسته‌بندی شده با مبرد جامد و یک مایع بی‌اثر (آب یا روغن)، یک پیستون هیدرولیک که به مایع فشار وارد می‌کند و مایع باعث می‌شود فشار به مبرد منتقل شده و در نهایت به انتقال گرما از سیستم کمک می‌کند.

میسون توضیح می‌دهد: «سیستم ما هنوز از فشاری به اندازه سیستم‌های خنک‌کننده تجاری فعلی استفاده نمی‌کند، اما در حال نزدیک‌تر شدن به آن هستیم.» همچنین این اولین سیستم خنک‌کننده‌ای است که از مبردهای حالت جامد در آن استفاده شده که بر تغییرات فشار متکی هستند.

دانشمندان اکنون قصد دارند تا انواع مواد باروکالری را با آن آزمایش کنند. محققان معتقدند که مبردهای حالت جامد می‌توانند به جایگزین مناسبی برای تهویه مطبوع فعلی و سایر فناوری‌های خنک‌کننده تبدیل شوند.