Sloven Bilim İnsanları, Yenilikçi ve Temiz Bir Soğutma Teknolojisi Geliştiriyor

Sloven bilim insanları, çevresel olumsuz etkileri bulunan soğutucu akışkanları geri dönüştürülebilir metallerle değiştiren yenilikçi bir soğutma teknolojisine öncülük ediyor.
AB tarafından finanse edilen araştırmacılar, toksik soğutucu akışkanları daha güvenli, daha verimli ve geri dönüştürülebilir metallerle değiştirerek daha akıllı bir sürdürülebilir soğutma sistemi geliştiriyorlar.
Doktora araştırmasının yönünü düşünen genç bir mühendislik öğrencisi olarak Jaka Tušek, bilimin sınırlarını zorlamak istediğini biliyordu. Tušek; "Çığır açan buluşlar üzerinde çalışmak, daha önce yapılmamış yeni bir şeyle uğraşmak istiyordum" diyor.
Bugün, Slovenyalı araştırmacı son 100 yıldır soğutma teknolojilerinde ilk büyük atılımın eşiğinde. Çalışmaları, zamanımızın temel zorluklarından birini çözüyor: Isınan bir dünyada onu daha fazla kirletmeden serin kalmak.
Değişim zamanı
Buzdolapları, klimalar ve diğer soğutma teknolojilerinde yaygın olarak kullanılan buhar sıkıştırma teknolojisi bir asırdan daha eskidir ve nispeten verimsizdir ve çevre için olumsuz etkilere sahiptir.
En zararlı soğutucu akışkanlar 1989'dan beri yasaklanmış olsa da, bunların yerini alanların (hidroflorokarbonlar) CO2'den yüz binlerce kat daha fazla sera etkisine sahip olduğu ortaya çıktı.
Tušek, "Böyle bir soğutucu akışkanın bir kilogramı atmosfere buharlaşırsa, yaklaşık 30.000 kilometre araba kullanmakla hemen hemen aynı sera etkisine sahip olur" dedi.
Bu nedenle hidroflorokarbonlar da aşamalı olarak kullanımdan kaldırılıyor. Ancak amonyak ve izobütan gibi doğal alternatiflerin de, toksisite ve patlayıcılıktan sıcak iklimlerde düşük verimliliğe kadar kendi sorunları var.
Sağlam bir çözüm
2019'dan 2023'e kadar Slovenya'nın Ljubljana Üniversitesi'nde yürütülen SUPERCOOL adlı AB tarafından finanse edilen bir araştırma projesinin keşiflerine dayanarak, Tušek'in ekibi temelde farklı bir yaklaşıma sahip bir sistem geliştiriyor: Zararlı soğutucu akışkanları metal alaşımlarla değiştiriyor.
Bu tür katı hal soğutma teknolojileri hâlâ erken aşamalarında olsa da, çevreyi kirletmeden sessiz ve daha verimli çalışan daha güvenli soğutma cihazları sağlayabilecekleri düşünülüyor.
Ljubljana Üniversitesi'ndeki araştırmacılar şu anda bu yeni teknolojiyi pazara sunmak için çalışıyorlar. AB tarafından finanse edilen ve 2026'nın başına kadar sürecek olan bir diğer araştırma girişimi olan E-CO-HEAT'in bir parçası olarak bir patent hazırlıyorlar ve endüstri tarafından benimsenmesi için bir plan geliştiriyorlar.
Isıtma ve soğutma teknolojilerini daha verimli ve sürdürülebilir hale getirmek, Avrupa Yeşil Mutabakatı'nın hayati bir parçası olan AB Isıtma ve Soğutma Stratejisi'nin merkezinde yer almaktadır.

Uluslararası Enerji Ajansı'na (IEA) göre, soğutma şu anda dünyanın elektrik talebinin %10'unu oluşturmaktadır. Daha da kötüsü, gelişmekte olan ülkelerdeki artan sıcaklıklar ve artan talep nedeniyle soğutma teknolojilerine olan ihtiyaç katlanarak artmaktadır.
Tušek, "Kimse 50 derecelik sıcaklıkta ve %90 nemde çalışmak istemez" diyor.
Bugün dünyada yaklaşık 2 milyar klima ünitesi bulunmaktadır ve IEA'nın 2050 yılına kadar bu rakamın neredeyse üç katına çıkmasını beklediği bir rakamdır.
Tušek, "Bu büyüme, bunların nispeten verimsiz ve çevreye zararlı olması gerçeğiyle birleştiğinde, bir çevre felaketine yol açabilir" diyor.
Verimlilik arayışı
Soğutma, maddenin bir halden (katı, sıvı veya gaz) diğerine geçtiği faz değişimlerinin temel kimyasına bağlıdır.
Geleneksel soğutucu akışkanlarda, sıvıdan gaza ve tekrar sıvıya dönüşüm soğutma döngüsünü çalıştırır. Ancak nitinol olarak bilinen nikel-titanyum alaşımı gibi bazı malzemeler katı kalırken faz dönüşümü geçirebilir.
Projede araştırmacı olan Žiga Ahčin, "Basitçe söylemek gerekirse, üzerlerine mekanik stres uyguladığınızda ısınırlar, stresi azalttığınızda soğurlar" diyor. Bu teknolojiye elastokalorik soğutma adı verilir, bu durumda kalorik terimi ısıyı ifade eder.
Geleneksel soğutucu akışkanların aksine, bu malzemeler insanlara veya çevreye zararlı değildir. Aslında, nitinol teller biyo-uyumludur ve tıpta yaygın olarak kullanılır. Teoride, sistem çok daha verimli olabilir, ancak yine de kat etmesi gereken bir yol var.
Tušek, "Prototipimiz şu anda mümkün olan maksimum verimliliğin %15'inde, buhar sıkıştırması ise %20-30 verimliliğe sahip. Ancak biz bu teknolojiyi 10 yıldan az bir süredir geliştiriyoruz, buhar sıkıştırma teknolojisi ise yüz yıldan uzun süredir piyasada, bu yüzden hâlâ biraz manevra alanımız olduğunu düşünüyorum" diyor.
Dünyada bir ilk
Teoride, elastokalorik soğutma %70'e kadar verimliliğe ulaşabilir, ancak önemli bir engel var. Nitinol telleri, yorulma olarak bilinen bir fenomen olan faz değişimini tetiklemek için tekrar tekrar gerildiğinde hızla bozulur.
Ahčin; "Diyelim ki cihaz 10.000 yük döngüsü boyunca çalışıyor. Bu iki ila üç gün ve işiniz bitti” diyor. Yani bu umut verici görünmüyordu.
Ancak daha sonra, Tušek'in tellerdeki fiziksel stresi azaltmak için malzemeleri germek yerine sıkıştırma fikrini ortaya attığını açıkladı.
Ortaya çıkan prototip, bağlı olduğu malzemeleri bozmadan yeni ısıtma ve soğutma performansı seviyelerine ulaşarak dünyada bir ilk oldu.

Tušek, "Bu tür malzemelerin kullanım ömrünün neredeyse sınırsız olabileceğini kanıtladık. Aynı zamanda prototipimiz, pratik soğutma ve ısıtma uygulamaları için önemli olan 30 santigrat derecenin üzerindeki bir aralığa sahip dünyadaki ilk prototipti" diyor.
Laboratuvardan dünyaya
Ljubljana Üniversitesi araştırmacıları, teknolojiye dayalı gelişmiş bir klima geliştirmek için Almanya ve İtalya'dan üniversitelerle ve İrlanda'dan bir teknoloji şirketiyle ortaklık kurdu. SMACool adlı bu iş birliği, AB fonu da aldı.
Tušek, her üniversitenin farklı bir uzmanlık alanına katkıda bulunduğunu belirterek, "Bu disiplinlerarası şekilde çalıştığımızda daha hızlı ilerliyoruz" diyor. Tušek bu teknolojinin önümüzdeki 5 ila 10 yıl içinde pazara ulaşabileceği konusunda iyimser.
Ahčin, "Bu teknolojinin bir gün her yerde olabileceğini düşünmek harika ve çocuklarım; babalarının bunu geliştirdiğini söyleyebilecek" dedi.
*Bu makaledeki araştırma AB'nin Ufuk Programı tarafından finanse edilmiştir. Röportaj yapılan kişilerin görüşleri Avrupa Komisyonu'nun görüşlerini yansıtmaz.