Калоричне охолодження як перспективна технологія для запобігання змінам клімату

Чим сильнішим буде глобальне потепління, тим важливішими ставатимуть системи охолодження порівняно з системами обігріву, а планові ремонти енергетичної системи України доведеться переносити з передзимового на передлітній період.

З часу створення перших холодильних апаратів сто років тому (холодильник Ейнштейна-Сіларда 1926 року на основі води, бутану та аміаку під тиском) людство намагалося постійно вдосконалювати цю технологію. Після десятиліть використання відносно безпечного для здоров’я, але шкідливого для довкілля фреону сьогодні найпершим викликом є розробка такої холодильної системи, яка би водночас охолоджувала, працювала ефективно, була безпечною і не шкодила довкіллю.

Досі всі практично реалізовані системи охолодження працюють завдяки адіабатній маніпуляції з рідинами і газами, які при переході з одного стану в інший виділяють або поглинають тепло. При поглинанні тепла охолоджується внутрішня камера, що і потрібно; при виділенні тепла воно виходить назовні поза межі установки в атмосферу. Проблема в тому, що гідрофторвуглецеві, гідрохлорвуглецеві та инші подібні сполуки в наших холодильниках руйнують озоновий шар і чинять парниковий ефект в рази більший за ефект від СО2. Після багатьох років пошуку альтернативи вчені нарешті виявили, що ефекту охолодження-нагріву можна досягати і при переході матеріалу з твердого стану в рідкий і навпаки. При цьому жодні гази не утворюються й, відтак, парниковий ефект є нульовим.

В останні двадцять років були апробовані п’ять основних типів калоричного охолодження:

-         магнітне, тобто із застосуванням магнітного поля;

-         електричне, за допомогою позиціонування електричних диполів в діелектриках;

-         термоакустичне, з використанням звукових хвиль;

-         механічне (еластобаричне), завдяки розтягуванню та стисканню твердого тіла;

-         іонокалоричне, через процес додавання та вилучення іонів з твердого тіла, що змінює температуру його плавлення.

Всі вищеназвані типи мають право на існування і наразі перебувають у фазі лабораторного тестування. Всі є екологічно чистими у тому сенсі, що мають нульовий парниковий ефект. Першими тестувалися магнітокалоричні охолоджувальні установки; їхніх прототипів існує найбільше: близько ста. Наразі менш поширені, але з демонстрацією більшої енергоефективности є системи електрокалоричного, еластокалоричного та іонокалоричного охолодження, досягаючи різниці температури в 25°С при різниці потенціалів менше 1 вольта.

Іонокалорична технологія сьогодні розглядається як найперспективніша, оскільки вона використовує нетоксичні сполуки етилен карбонат і йодистий натрій, першу з яких можна синтезувати з використанням СО2, а отже досягаючи навіть негативного парникового ефекту. Крім того, іонне охолодження забезпечує ККД холодильної установки 90-95% порівняно з ефективністю 75-80% сучасних рідинно-газових компресорних установок.

Компанія Calion Technologies, створена науковцями Університету Каліфорнії (Берклі) Ravi Prasher і Drew Lilley, пропонує свої послуги для комерційного застосування іонокалоричних технологій охолодження. Їм вдалося створити мембрану для іонного обміну, яка дає найліпший ефект і склад якої не розголошується.

Холодильники українського виробництва «Норд» і «Сатурн» використовують фреоновий холодоагент R600a.

Серед українських наукових установ відповідного напряму не знайдено публікацій на тему калоричного охолодження.

Наразі незрозуміло, чи технологію калоричного охолодження можливо застосовувати не тільки в холодильниках чи морозильних камерах, але й в кондиціонерах. А це якраз буде дуже актуально в умовах прискореного глобального потепління.  

Наостанок мусимо відзначити два недоліки систем калоричного охолодження:

-         по-перше, холод, який утворюється внаслідок розплавлення твердого тіла, залишається всередині холодильної установки, тоді як тепло, яке виділяється в процесі зворотного переходу з рідкого в твердий стан, викидається назовні холодильної установки, тобто опиняється в повітрі. Отже, навіть без викидів парникових газів, суто тепловий ефект від сотень мільйонів таких установок буде нагрівати планету;

-         по-друге, нова технологія все-таки не може працювати без електричного струму і специфічних матеріалів, які потребують періодичної заміни; якщо говоримо про необхідність охолодження для тривалого зберігання харчових продуктів, то дотепер енергетично найефективнішим, економічно безплатним і цілковито безпечним для довкілля і здоров’я є добрий старий льох або погріб і традиційні методи консервації ))

Джерела:

file:///C:/Users/oleksandr.aleksandro/Downloads/caloric%20cool%20tech%20en.pdf

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade1696  

https://www.caloricool.org/about/what-caloric-cooling

Олександр Александрович, посол з особливих доручень МЗС України

з вивчення міжнародного досвіду трансформації економіки