Yeni Soğutma Teknolojisi Enerji Verimliliği ve Sürdürülebilirlik için Umut Veriyor

Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, soğutma performansı açısından dünya rekorları kıran çevre dostu bir soğutma sistemi geliştirdi. Bu yenilik, küresel enerji tüketimini azaltırken soğutmaya bağımlı işletmelerde devrim yaratma potansiyeline sahip. Nature Energy dergisinde yayınlanan bu araştırma; Yeni Elektrokalorik Soğutma Teknolojisi, bu teknolojinin ticarileştirilmesini hızlandırmak ve geleneksel soğutma sistemleriyle ilgili çevresel sorunları çözmek için uygun bir yol sunuyor. Geleneksel buhar sıkıştırmalı soğutma teknolojileri, küresel ısınma potansiyeli yüksek olan soğutucu akışkanlara dayanmaktadır. Buna karşılık, Şekil Hafızalı Alaşım (SMA) soğutucu akışkanları kullanan katı hal elastokalorik soğutma, çevre dostu bir alternatif sunmaktadır. Bu SMA soğutucu akışkanları sera gazı içermez, %100 geri dönüştürülebilir ve enerji tasarrufludur, SMA'ların döngüsel faz geçişi sırasında oluşan gizli ısıya dayalı olarak çalışır.
Bununla birlikte, bu gelişen teknolojinin ticarileştirilmesi; soğutma cihazının ısıyı düşük sıcaklıktaki bir kaynaktan yüksek sıcaklıktaki bir ortama aktarma kabiliyetinin önemli bir performans göstergesi olan 20 ila 50 K arasındaki nispeten sınırlı sıcaklık artışı nedeniyle engellenmiştir.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için, Profesör, Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Makine ve Havacılık Mühendisliği Bölümü'nden Prof. Qingping Sun ve Prof. Shuhuai Yao liderliğindeki bir araştırma ekibi, nikel-titanyum (NiTi) şekil hafızalı alaşımlar kullanarak çok malzemeli kademeli bir elastokalorik soğutma cihazı geliştirdi ve soğutma performansında yeni bir dünya rekoru kırdı.
Araştırmacılar, farklı sıcaklık bölgelerinde çalışmak üzere üç NiTi alaşımı seçti: Her biri farklı faz geçiş sıcaklıklarına sahip soğuk uç, orta uç ve sıcak uç. Her bir NiTi ünitesinin kendi optimum sıcaklık aralığında çalışmasını sağlayarak soğutma verimliliğini önemli ölçüde artırdı. Bu yaklaşım, her bir birimin çalışma sıcaklıklarını kendi faz geçiş sıcaklıklarıyla eşitleyerek cihazın süperelastik sıcaklık açıklığını 100 K'nin üzerine çıkardı.
Geliştirdikleri çok malzemeli kademeli elastokalorik soğutma mekanizması, su tarafında 75 K'lik bir sıcaklık artışına ulaşarak bir önceki dünya rekoru olan 50,6 K'yi aştı.
Araştırma ekibi, çok sayıda patenti ve prestijli dergilerde yayını kazandıran elastokalorik soğutma malzemeleri ve mimarileri geliştirmedeki başarılarına dayanarak, hem yüksek sıcaklıkta ısı pompalama hem de sıfırın altında elastokalorik soğutma uygulamaları için yüksek performanslı şekil hafızalı alaşımları ve cihazları geliştirmeye devam etmeyi planlıyor.
Amaçları, bu yenilikçi teknolojiyi ticarileştirmek amacıyla malzeme özelliklerini daha da iyileştirmek ve yüksek enerji verimliliğine sahip soğutma sistemleri oluşturmaktır. Şu anda dünya elektriğinin yaklaşık %20'sinin alan ısıtma ve soğutma amaçlı kullanıldığı ve 2050 yılına kadar alan soğutmanın küresel elektrik talebinin ikinci en büyük payını oluşturacağını gösteren projeksiyonlar göz önüne alındığında, bu teknoloji gelecekteki enerji kullanımı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.
Profesör Qingping Sun, “Gelecekte, malzeme bilimi ve makine mühendisliğinin sürekli ilerlemesiyle, elastokalorik soğutmanın dünya çapındaki devasa soğutma pazarını desteklemek için yeni nesil yeşil ve enerji tasarruflu soğutma ve ısıtma çözümleri sağlayabileceğinden ve acil karbonsuzlaştırma ve küresel ısınmanın azaltılması hedeflerine hizmet edeceğinden eminiz” diyor.