Dites bonjour au refroidissement ionocalorique. Il s’agit d’une nouvelle façon d’abaisser les températures, susceptible de remplacer les méthodes existantes de refroidissement des objets par un processus plus sûr et meilleur pour la planète.
Les systèmes de réfrigération typiques évacuent la chaleur d’un espace via un fluide qui absorbe la chaleur lorsqu’elle s’évapore en un gaz, qui est ensuite transporté à travers un tube fermé et condensé à nouveau en un liquide. Aussi efficace que soit ce processus, certains des matériaux de choix que nous utilisons comme réfrigérants sont particulièrement hostile à l’environnement.
Il existe cependant plusieurs façons de forcer une substance à absorber et à rejeter de l’énergie thermique.
Une méthode dévoilée l’année dernière, développée par des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory et de l’Université de Californie à Berkeley, tire parti de la manière dont l’énergie est stockée ou libérée lorsqu’un matériau change de phase, comme lorsque la glace solide se transforme en eau liquide, par exemple. exemple.
Montez la température sur un bloc de glace, il va fondre. Ce que nous ne voyons peut-être pas aussi facilement, c’est que la fonte absorbe la chaleur de son environnement, la refroidissant ainsi efficacement.
Une façon de forcer la glace à fondre sans avoir besoin d’augmenter la chaleur consiste à ajouter quelques particules chargées, ou ions. Mettre du sel sur les routes pour empêcher la formation de glace en est un exemple courant. Le cycle ionocalorique utilise également du sel pour modifier la phase d’un fluide et refroidir son environnement.
« Le paysage des réfrigérants est un problème non résolu », a déclaré l’ingénieur en mécanique Drew Lilley du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie en janvier 2023.
« Personne n’a réussi à développer une solution alternative qui rend les choses froides, fonctionne efficacement, est sûre et ne nuit pas à l’environnement. Nous pensons que le cycle ionocalorique a le potentiel d’atteindre tous ces objectifs s’il est réalisé de manière appropriée. »
Les chercheurs ont modélisé la théorie du cycle ionocalorique pour montrer comment il pourrait potentiellement concurrencer, voire améliorer, l’efficacité des réfrigérants utilisés aujourd’hui. Un courant traversant le système déplacerait les ions qui s’y trouvent, déplaçant ainsi le point de fusion du matériau pour modifier la température.
L’équipe a également mené des expériences en utilisant un sel à base d’iode et de sodium pour faire fondre le carbonate d’éthylène. Ce solvant organique courant est également utilisé dans les batteries lithium-ion et est produit en utilisant du dioxyde de carbone comme intrant. Cela pourrait faire en sorte que le système ne se limite pas au GWP [global warming potential] nul mais GWP négatif.
Un changement de température de 25 degrés Celsius (45 degrés Fahrenheit) a été mesuré grâce à l’application de moins d’un seul volt de charge dans l’expérience, un résultat qui dépasse ce que d’autres technologies caloriques ont réussi à obtenir jusqu’à présent.
« Il y a trois choses que nous essayons d’équilibrer : le GWP du réfrigérant, l’efficacité énergétique et le coût de l’équipement lui-même », a déclaré l’ingénieur en mécanique Ravi Prasher du Laboratoire national Lawrence Berkeley.
« Dès le premier essai, nos données semblent très prometteuses sur ces trois aspects. »
Les systèmes de compression de vapeur actuellement utilisés dans les processus de réfrigération reposent sur des gaz à PRG élevé, tels que divers hydrofluorocarbures (HFC).
Les pays qui ont signé l’Amendement de Kigali se sont engagés à réduire la production et la consommation de HFC d’au moins 80 % au cours des 25 prochaines années – et le refroidissement ionocalorique pourrait y jouer un rôle majeur.
Désormais, les chercheurs doivent sortir la technologie du laboratoire et la transformer en systèmes pratiques qui peuvent être utilisés commercialement et qui peuvent être étendus sans aucun problème. À terme, ces systèmes pourraient être utilisés aussi bien pour le chauffage que pour le refroidissement.
« Nous disposons de ce tout nouveau cycle et cadre thermodynamique qui rassemble des éléments de différents domaines, et nous avons montré que cela peut fonctionner », dit Prasher.
« Il est désormais temps d’expérimenter pour tester différentes combinaisons de matériaux et de techniques afin de relever les défis d’ingénierie. »
La recherche a été publiée dans Science.
Une version antérieure de cet article a été publiée en janvier 2023.
