Onderzoekers onthullen zeer efficiënte, emissiearme koeltechnologie met 67 joule warmteabsorptie per gram

Koel- en koelingtechnologie is een van de belangrijkste uitvindingen van de mens, maar gaat gepaard met hoge milieukosten. Op grote schaal gebruikte dampcompressiekoelsystemen zijn verantwoordelijk voor bijna 15% (gegevens 2019) van het elektriciteitsverbruik in China en meer dan 7,8% (gegevens 2020) van de wereldwijde koolstofemissies. Hoewel calorische materialen in vaste vorm naar voren zijn gekomen als een alternatief met een lage uitstoot, heeft hun onvermogen om warmte efficiënt over te dragen grootschalige implementatie ernstig beperkt.

Nu heeft een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Li Bing van het Institute of Metal Research van de Chinese Academy of Sciences deze "onmogelijke driehoek" van hoge koelcapaciteit, efficiënte warmteoverdracht en koolstofvrije uitstoot gekraakt. De wetenschappers publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Nature en introduceerden een nieuwe methode die gebaseerd is op het barocalorische effect van ontbinding.

Het team bereikte dit door een zoutoplossing van ammoniumthiocyanaat (_NH4SCN) te gebruiken. Het proces combineert de thermische voordelen van vaste koelmiddelen met de snelle stromingsmogelijkheden van vloeistoffen. Door de koelvloeistof in een verpompbare vloeistof te veranderen, reageert het systeem onmiddellijk op drukveranderingen zonder de knelpunten in de warmteoverdracht die traditionele vaste grenzen plagen.

De kernmechanica van deze nieuwe koelcyclus werkt in een eenvoudige volgorde:

• Drukverhoging: door druk uit te oefenen valt het vaste zout uit de oplossing, waardoor veel warmte vrijkomt.
• Drukverlaging: door de druk weg te nemen lost het zout snel weer op in het water, waardoor een enorme hoeveelheid warmte wordt geabsorbeerd en de temperatuur drastisch daalt.

Tijdens experimenten op kamertemperatuur daalde de temperatuur van de vloeistof met bijna 30 kelvin (bijna 30°C) in slechts 20 seconden. Het afkoelbereik bereikte wel 54 kelvin bij verhoogde temperaturen. Simulaties van een prototype van een vierstappencyclus toonden een energie-efficiëntie van bijna 77% en een koelcapaciteit van 67 joule per gram.

Aangezien de wereldwijde vraag naar koeling tegen 2050 naar verwachting verdrievoudigd zal zijn (gegevens van 2022), maakt deze stabiele en omkeerbare technologie de weg vrij voor commerciële, emissievrije koeling. Door de uitzonderlijke prestaties bij hoge temperaturen is het bijzonder geschikt voor het beheer van de intense thermische belasting van rekencentra voor kunstmatige intelligentie van de volgende generatie.