اخترع العلماء طريقة جديدة تمامًا لتبريد الأشياء تعتمد على التبريد الأيوني، وهي طريقة جديدة لخفض الحرارة، مع إمكانية استبدال الطرق الحالية لتبريد الأشياء بعملية أكثر أمانًا وأفضل للكوكب.
تنقل أنظمة التبريد التقليدية الحرارة بعيدًا عن الجسم عبر سائل يمتص الحرارة ويتحول إلى غاز، ويُنقل مجددًا عبر أنبوب مغلق ويتكثف إلى سائل مرة أخرى، ورغم فعالية هذه العملية فإن بعض المواد المختارة التي نستخدمها للتبريد غير صديقة للبيئة.
توجد مع ذلك أكثر من مادة يمكن استخدامها في امتصاص الحرارة والتخلص منها بعيدًا.
تستغل طريقة اكتشفت في عام 2023 وطوّرها باحثون من مختبر لورانس بيركلي الوطني وجامعة كاليفورنيا في بيركلي، الطريقة التي تُخزن الطاقة أو تُحررها عندما تغير المادة حالتها، كحالة تحول الجليد الصلب إلى مادة سائلة، على سبيل المثال.
إن رفع درجة حرارة كتلة من الجليد سيجعلها تذوب، لكن ما لا نراه بسهولة، أن الذوبان يمتص الحرارة من محيطها، ما يؤدي إلى تبريدها على نحوٍ فعال.
إن إحدى طرق إجبار الجليد على الذوبان دون الحاجة إلى رفع الحرارة، هي إضافة بعض الجزيئات المشحونة أو الأيونات، مثل وضع الملح على الطرقات لمنع تشكل الجليد، إذ تستخدم الدورة الأيونية الحرارية الملح أيضًا لتغيير طور السائل وتبريد محيطه.
وقد قال المهندس الميكانيكي دريو ليلي من مختبر لورانس بيركلي الوطني في كالفيورنيا في يناير 2023: «إن مشهد المبردات مشكلة لم تُحل بعد، ولم ينجح أحد في تطوير حل بديل بجعل الأشياء باردة، ويعمل بكفاءة وآمن ولا يضر بالبيئة، ونظن أن الدورة الأيونية لديها القدرة على تحقيق كل هذه الأهداف، إذا طُبّقت بشكل مناسب».
شكل الباحثون نموذجًا لنظرية الدورة الأيونية الحرارية، لإظهار إمكانية منافستها للمبردات المستخدمة أو حتى تحسين كفاءتها، إذ يعمل التيار الذي يمر عبر النموذج على تحريك الأيونات فيه، ما يؤدي إلى تغيير نقطة انصهار المادة لتغيير درجة الحرارة.
أجرى الفريق أيضًا العديد من التجارب مستخدمًا الملح المُعد من اليود والصوديوم لإذابة كربونات الإيثيلين، يستخدم هذا المذيب العضوي الشائع مذيبًا في بطاريات الليثيوم أيون ويُصنع باستخدام ثنائي أكسيد الكربون مدخلًا، قد يجعل له هذا تأثيرًا إيجابيًا ليس فقط في تحقيق انبعاثات صفرية من ثاني أكسيد الكربون، بل قد يكون له تأثير سلبي أيضًا بالتخلص من هذا الغاز.
قِيس تغير الحرارة بمقدار 25 درجةً مئوية (45 درجة فهرنهايت) عبر تطبيق أقل من فولت واحد من الشحن في التجربة، وهذه النتيجة تتجاوز ما تمكنت تقنيات السعرات الحرارية من تحقيقه.
وأكد المهندس الميكانيكي رافي براشر من مختبر لورانس بيركلي الوطني قائلًا: «في هذه التجربة نحاول تحقيق التوازن بين ثلاثة جوانب هي: الاحتباس الحراري العالمي وكفاءة الطاقة وتكلفة المعدات نفسها، وتبدو بيناتنا من أول محاولة واعدة للغاية في جميع هذه الجوانب».
تعتمد أنظمة ضغط البخار المستخدمة حاليًا في عمليات التبريد على الغازات ذات القدرة العالية على حدوث الاحتباس الحراري، مثل مركبات الهيدروفلوروكربون المختلفة.
لقد التزمت البلدان التي وقعت على تعديل كيغالي بخفض إنتاج مركبات الهيدروفلوروكربون واستهلاكها بنسبة 80% على مدى السنوات الخمس والعشرين المقبلة، وقد يكون للتبريد الأيوني دور مهم في ذلك.
يحتاج الباحثون حاليًا إلى إخراج هذه التكنولوجيا خارج المختبر وتحويلها إلى نظام عملي يمكن استخدامه تجاريًا ويمكن توسيع نظامه دون أي مشاكل، وأخيرًا استخدام هذه الأنظمة للتبريد والتدفئة.
وأضاف براشر أخيرًا: «لدينا هذه الدورة الديناميكية الحرارية الجديدة، والإطار الذي يجمع عناصر من مجالات مختلفة، وقد أظهرنا أنه قادر على العمل، والآن حان وقت التجارب لاختبار مجموعات مختلفة من المواد والتقنيات لمواجهة التحديات الهندسية القادمة».
اقرأ أيضًا:
اختراع آلية تبريد جديدة أنظف وأكثر أمانًا، فهل نتخلى عن طرق التبريد التقليدية؟
اكتشاف طريقة جديدة للتبريد دون تأثير في البيئة
ترجمة: ديانا عيسى
تدقيق: تمام طعمة
مراجعة: باسل حميدي
