Ένα πιο έξυπνο και βιώσιμο σύστημα ψύξης αναπτύσσουν Σλοβένοι επιστήμονες, προκειμένου να αντικατασταθεί η υφιστάμενη τεχνολογία που επιβιώνει εδώ και έναν αιώνα.
Ως νεαρός φοιτητής μηχανικής που μελετούσε την κατεύθυνση της διδακτορικής του έρευνας, ο Jaka Tušek ήξερε ότι ήθελε να διευρύνει τα όρια της επιστήμης. «Ήθελα να δουλέψω πάνω σε επαναστατικές ανακαλύψεις, να ασχοληθώ με κάτι νέο που δεν είχε γίνει ποτέ πριν». Πλέον, ο Σλοβένος ερευνητής βρίσκεται στα πρόθυρα της πρώτης μεγάλης ανακάλυψης των τελευταίων 100 ετών στις τεχνολογίες ψύξης. Το έργο του επιλύει μια από τις θεμελιώδεις προκλήσεις της εποχής μας: τη διατήρηση της ψύξης σε έναν κόσμο που θερμαίνεται όλο και περισσότερο, χωρίς να τον ρυπαίνει περαιτέρω.
Ώρα για αλλαγή
Η τεχνολογία συμπίεσης ατμών που χρησιμοποιείται συνήθως από τα ψυγεία, τα κλιματιστικά και άλλες τεχνολογίες ψύξης είναι παλαιότερη από έναν αιώνα και είναι σχετικά αναποτελεσματική και κακή για το περιβάλλον.
Ενώ τα πιο επιβλαβή ψυκτικά μέσα έχουν απαγορευτεί από το 1989, εκείνα που τα αντικατέστησαν – οι υδροφθοράνθρακες – αποδείχθηκε ότι έχουν επίδραση στο φαινόμενο του θερμοκηπίου εκατοντάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από το CO2.
«Εάν ένα κιλό ενός τέτοιου ψυκτικού εξατμιστεί στην ατμόσφαιρα, έχει περίπου το ίδιο αποτέλεσμα στο φαινόμενο του θερμοκηπίου με την οδήγηση ενός αυτοκινήτου για περίπου 30.000 χιλιόμετρα», δήλωσε ο Tušek, σύμφωνα με το περιοδικό για την Έρευνα και την Καινοτομίας της ΕΕ, Horizon.
Εξαιτίας αυτού, οι υδροφθοράνθρακες καταργούνται επίσης σταδιακά. Αλλά οι φυσικές εναλλακτικές λύσεις, όπως η αμμωνία και το ισοβουτάνιο, προκαλούν επίσης προβλήματα, από τοξικότητα και εκρηκτικότητα έως κακή απόδοση σε θερμά κλίματα.
Μια σταθερή λύση
Βασιζόμενη στις ανακαλύψεις ενός χρηματοδοτούμενου από την ΕΕ ερευνητικού προγράμματος με την ονομασία SUPERCOOL, το οποίο διεξήχθη στο Πανεπιστήμιο της Λιουμπλιάνα της Σλοβενίας από το 2019 έως το 2023, η ομάδα του Tušek αναπτύσσει ένα σύστημα με μια ριζικά διαφορετική προσέγγιση. Αντικαθιστά τα τοξικά ψυκτικά μέσα με μεταλλικούς σωλήνες.
Ενώ τέτοιες τεχνολογίες ψύξης στερεάς κατάστασης βρίσκονται ακόμη σε πρώιμο στάδιο, η σκέψη είναι ότι θα μπορέσουν να παρέχουν ασφαλέστερες συσκευές ψύξης που θα λειτουργούν αθόρυβα και πιο αποτελεσματικά, χωρίς να ρυπαίνουν το περιβάλλον.
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Λιουμπλιάνα εργάζονται τώρα για να φέρουν αυτή τη νέα τεχνολογία στην αγορά. Ετοιμάζουν ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και αναπτύσσουν ένα σχέδιο για την υιοθέτηση από τη βιομηχανία στο πλαίσιο της E-CO-HEAT – μιας άλλης ερευνητικής πρωτοβουλίας που χρηματοδοτείται από την ΕΕ και η οποία διαρκεί έως τις αρχές του 2026.
Η ψύξη αντιπροσωπεύει σήμερα το 10% της παγκόσμιας ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (ΔΟΕ). Ακόμη χειρότερα, η ανάγκη για τεχνολογίες ψύξης αυξάνεται εκθετικά, λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας και της αυξανόμενης ζήτησης στις αναπτυσσόμενες χώρες.
«Κανείς δεν θέλει να εργάζεται σε ζέστη 50 βαθμών και 90% υγρασία», σχολιάζει ο Tušek.
Σήμερα υπάρχουν περίπου 2 δισεκατομμύρια μονάδες κλιματισμού στον κόσμο, αριθμός που σύμφωνα με τον ΙΕΑ αναμένεται να τριπλασιαστεί σχεδόν μέχρι το 2050.
«Αυτή η αύξηση, σε συνδυασμό με το γεγονός ότι είναι σχετικά αναποτελεσματικά και επιβλαβή για το περιβάλλον, θα μπορούσε να οδηγήσει σε περιβαλλοντική καταστροφή», προσθέτει ο καθηγητής.
Η αναζήτηση της αποτελεσματικότητας
Η ψύξη εξαρτάται από τη βασική χημεία των αλλαγών φάσης, όταν η ύλη μεταβαίνει από μια κατάσταση (στερεή, υγρή ή αέρια) σε μια άλλη.
Με τα παραδοσιακά ψυκτικά μέσα, η μετατροπή από υγρό σε αέριο και ανάποδα είναι αυτό που τροφοδοτεί τον κύκλο ψύξης. Αλλά ορισμένα υλικά, όπως ένα κράμα νικελίου-τιτανίου γνωστό ως νιτινόλη, μπορούν να περάσουν από μετασχηματισμό φάσης παραμένοντας στερεά.
«Με απλά λόγια, όταν τους ασκείται μηχανική καταπόνηση, θερμαίνονται, ενώ όταν ανακουφίζεται αυτή η καταπόνηση, ψύχονται», δήλωσε ο Žiga Ahčin, ερευνητής του έργου. Η τεχνολογία ονομάζεται ελαστοκαλορική ψύξη, με το θερμιδικό σε αυτή την περίπτωση να αναφέρεται στη θερμότητα.
Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά ψυκτικά μέσα, τα υλικά αυτά δεν είναι επιβλαβή για τους ανθρώπους ή το περιβάλλον. Στην πραγματικότητα, τα σύρματα νιτινόλης είναι βιοσυμβατά και χρησιμοποιούνται συνήθως στην ιατρική. Θεωρητικά, το σύστημα θα μπορούσε επίσης να είναι πολύ πιο αποδοτικό, αν και έχει ακόμη δρόμο μπροστά του.
«Το πρωτότυπό μας βρίσκεται επί του παρόντος στο 15% της μέγιστης δυνατής απόδοσης, ενώ η συμπίεση ατμών έχει απόδοση 20-30%», τόνισε ο Tušek και συνέχισε: «αλλά αναπτύσσουμε αυτή την τεχνολογία για λιγότερο από 10 χρόνια, ενώ η τεχνολογία συμπίεσης ατμών κυκλοφορεί στην αγορά εδώ και πάνω από εκατό χρόνια, οπότε νομίζω ότι έχουμε ακόμα περιθώρια».
Μια παγκόσμια πρωτοτυπία
Θεωρητικά, η ελαστοκοιλιακή ψύξη θα μπορούσε να φτάσει σε απόδοση έως και 70%, αλλά υπάρχει ένα σημαντικό εμπόδιο. Τα σύρματα νιτινόλης υποβαθμίζονται γρήγορα όταν τεντώνονται επανειλημμένα για να προκαλέσουν αλλαγή φάσης, ένα φαινόμενο γνωστό ως κόπωση.
«Ας πούμε ότι η συσκευή λειτουργεί για 10.000 κύκλους φόρτισης. Αυτό σημαίνει δύο με τρεις ημέρες και μετά τελειώσατε», δήλωσε ο Ahčin κάτι που δεν ήταν και πολύ ενθαρρυντικό. Τότε ο Tušek είχε την ιδέα να συμπιέσει τα υλικά αντί να τα τεντώσει, μειώνοντας έτσι τη φυσική καταπόνηση των καλωδίων.
Το πρωτότυπο που προέκυψε ήταν μια παγκόσμια πρωτοτυπία, επιτυγχάνοντας νέα επίπεδα απόδοσης θέρμανσης και ψύξης χωρίς να υποβαθμίζονται τα υλικά στα οποία βασιζόταν.
«Αποδείξαμε ότι η διάρκεια ζωής τέτοιων υλικών μπορεί να είναι πρακτικά απεριόριστη», δήλωσε ο Tušek. «Ταυτόχρονα, το πρωτότυπό μας ήταν το πρώτο στον κόσμο με εύρος πάνω από 30 βαθμούς Κελσίου, το οποίο είναι βασικό για πρακτικές εφαρμογές ψύξης και θέρμανσης».
Από το εργαστήριο στον κόσμο
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Λιουμπλιάνα συνεργάστηκαν με πανεπιστήμια από τη Γερμανία και την Ιταλία, καθώς και με εταιρεία από την Ιρλανδία, για να αναπτύξουν ένα προηγμένο κλιματιστικό με βάση τη συγκεκριμένη τεχνολογία. Η συνεργασία αυτή, με την ονομασία SMACool, έχει επίσης λάβει χρηματοδότηση από την ΕΕ.
«Προοδεύουμε ταχύτερα όταν εργαζόμαστε με αυτόν τον διεπιστημονικό τρόπο», δήλωσε ο Tušek, σημειώνοντας ότι κάθε πανεπιστήμιο συνεισφέρει με έναν διαφορετικό τομέα εξειδίκευσης. Δήλωσε αισιόδοξος ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να φτάσει στην αγορά τα επόμενα 5 έως 10 χρόνια.
