Naukowcy zaprezentowali wysoce wydajną, niskoemisyjną technologię chłodzenia z pochłanianiem 67 dżuli ciepła na gram

Technologia chłodzenia/chłodzenia jest jednym z najważniejszych wynalazków człowieka, ale wiąże się z wysokimi kosztami środowiskowymi. Powszechnie stosowane systemy chłodzenia z kompresją pary odpowiadają za prawie 15% (dane z 2019 r.) zużycia energii elektrycznej w Chinach i ponad 7,8% (dane z 2020 r.) globalnej emisji dwutlenku węgla. Podczas gdy półprzewodnikowe materiały kaloryczne pojawiły się jako niskoemisyjna alternatywa, ich niezdolność do efektywnego przenoszenia ciepła poważnie ograniczyła ich wdrażanie na dużą skalę.

Teraz zespół badawczy kierowany przez prof. Li Binga z Instytutu Badań nad Metalami Chińskiej Akademii Nauk złamał ten "niemożliwy trójkąt" wysokiej wydajności chłodzenia, wydajnego transferu ciepła i zerowej emisji dwutlenku węgla. Publikując swoje odkrycia w czasopiśmie Nature, naukowcy wprowadzili nowatorską metodę opartą na rozpuszczającym efekcie barokalorycznym.

Zespół osiągnął to dzięki zastosowaniu roztworu soli tiocyjanianu amonu (_NH4SCN). Proces ten łączy w sobie zalety termiczne stałych chłodziw z możliwościami szybkiego przepływu cieczy. Dzięki przekształceniu chłodziwa w pompowalną ciecz, system natychmiast reaguje na zmiany ciśnienia bez wąskich gardeł związanych z przenoszeniem ciepła, które nękają tradycyjne stałe granice.

Podstawowa mechanika tego nowego cyklu chłodzenia działa w prostej sekwencji:

• Zwiększanie ciśnienia: zastosowanie ciśnienia powoduje wytrącanie się stałej soli z roztworu, co uwalnia dużo ciepła.
• Obniżenie ciśnienia: usunięcie ciśnienia powoduje, że sól szybko rozpuszcza się z powrotem w wodzie, pochłaniając ogromną ilość ciepła i drastycznie obniżając temperaturę.

Podczas eksperymentów w temperaturze pokojowej, temperatura płynu spadła o prawie 30 kelwinów (prawie 30°C) w ciągu zaledwie 20 sekund. Zakres chłodzenia osiągnął nawet 54 kelwinów w podwyższonych temperaturach. Symulacje prototypowego czteroetapowego cyklu wykazały wydajność energetyczną zbliżającą się do 77% i wydajność chłodzenia wynoszącą 67 dżuli na gram.

Przy globalnym zapotrzebowaniu na chłodzenie, które ma się potroić do 2050 r. (dane z 2022 r.), ta stabilna i odwracalna technologia toruje drogę dla komercyjnego, bezemisyjnego chłodzenia. Jej wyjątkowa wydajność w wysokich temperaturach sprawia, że jest ona szczególnie odpowiednia do zarządzania intensywnymi obciążeniami termicznymi centrów obliczeniowych sztucznej inteligencji nowej generacji.