वैज्ञानिक प्रशीतन की नई विधि करते हैं विकसित

वाशिंगटन : सर्दी के तूफान से पहले सड़क पर नमक डालने से बर्फ बनने का समय बदल जाता है. डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी के लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी (बर्कले लैब) के शोधकर्ताओं ने एक नई हीटिंग और कूलिंग विधि विकसित करने के लिए इस मूल अवधारणा को लागू किया है।

तकनीक, जिसे उन्होंने "आयनोकैलोरिक कूलिंग" नाम दिया है, साइंस जर्नल में प्रकाशित एक पेपर में वर्णित है।

आयनोकैलोरिक शीतलन इस बात का लाभ उठाता है कि कैसे ऊर्जा, या ऊष्मा, संग्रहीत या जारी की जाती है जब कोई सामग्री चरण बदलती है - जैसे कि ठोस बर्फ से तरल पानी में बदलना। किसी पदार्थ को पिघलाने से आसपास की गर्मी अवशोषित हो जाती है, जबकि जमने से गर्मी निकलती है। आयनोकैलोरिक चक्र नमक से आने वाले आयनों (विद्युत आवेशित परमाणुओं या अणुओं) के प्रवाह के माध्यम से इस चरण और तापमान परिवर्तन का कारण बनता है।

शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि यह विधि एक दिन कुशल ताप और शीतलन प्रदान कर सकती है, जो घरों में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के आधे से अधिक के लिए जिम्मेदार है, और वर्तमान "वाष्प संपीड़न" प्रणालियों को चरणबद्ध करने में मदद करती है, जो रेफ्रिजरेंट के रूप में उच्च ग्लोबल वार्मिंग क्षमता वाली गैसों का उपयोग करती हैं। आयनोकैलोरिक प्रशीतन ठोस और तरल घटकों के साथ ऐसी गैसों के वायुमंडल में भागने के जोखिम को समाप्त कर देगा।

"रेफ्रिजरेंट का परिदृश्य एक अनसुलझी समस्या है: किसी ने सफलतापूर्वक एक वैकल्पिक समाधान विकसित नहीं किया है जो सामान को ठंडा करता है, कुशलता से काम करता है, सुरक्षित है, और पर्यावरण को नुकसान नहीं पहुंचाता है," बर्कले लैब में स्नातक अनुसंधान सहायक ड्रू लिली ने कहा। यूसी बर्कले में पीएचडी उम्मीदवार जिन्होंने अध्ययन का नेतृत्व किया। "हमें लगता है कि अगर उचित रूप से महसूस किया जाए तो आयनोकैलोरिक चक्र में उन सभी लक्ष्यों को पूरा करने की क्षमता है।"

जलवायु परिवर्तन लक्ष्यों को पूरा करने के लिए देशों के लिए वर्तमान रेफ्रिजरेंट को बदलने वाला समाधान खोजना आवश्यक है, जैसे कि किगाली संशोधन (अक्टूबर 2022 में संयुक्त राज्य अमेरिका सहित 145 पार्टियों द्वारा स्वीकार किया गया)। यह समझौता अगले 25 वर्षों में हाइड्रोफ्लोरोकार्बन (एचएफसी) के उत्पादन और खपत को कम से कम 80% तक कम करने के लिए हस्ताक्षरकर्ताओं को प्रतिबद्ध करता है। एचएफसी शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैसें हैं जो आमतौर पर रेफ्रिजरेटर और एयर कंडीशनिंग सिस्टम में पाई जाती हैं और कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में हजारों बार गर्मी को प्रभावी ढंग से रोक सकती हैं।

नया आयनोकैलोरिक चक्र विकास में कई अन्य प्रकार के "कैलोरी" कूलिंग में शामिल होता है। वे तकनीकें विभिन्न तरीकों का उपयोग करती हैं - जिसमें चुंबकत्व, दबाव, खिंचाव और विद्युत क्षेत्र शामिल हैं - ठोस पदार्थों में हेरफेर करने के लिए ताकि वे गर्मी को अवशोषित या छोड़ सकें। ठोस-से-तरल चरण परिवर्तनों को चलाने के लिए आयनों का उपयोग करके आयनोकैलोरिक शीतलन भिन्न होता है। तरल का उपयोग करने से सामग्री को पंप करने योग्य बनाने का अतिरिक्त लाभ होता है, जिससे सिस्टम में या बाहर गर्मी प्राप्त करना आसान हो जाता है - कुछ ठोस-अवस्था शीतलन के साथ संघर्ष करना पड़ता है।

लिली और संबंधित लेखक रवि प्रैशर, बर्कले लैब के एनर्जी टेक्नोलॉजीज क्षेत्र में एक शोध सहयोगी और यूसी बर्कले में मैकेनिकल इंजीनियरिंग में सहायक प्रोफेसर, ने आयनोकैलोरिक चक्र के अंतर्निहित सिद्धांत को रखा। उन्होंने गणना की कि आज की अधिकांश प्रणालियों में पाए जाने वाले गैसीय रेफ्रिजरेंट्स की दक्षता के साथ प्रतिस्पर्धा करने या उससे भी अधिक क्षमता है।

उन्होंने प्रयोगात्मक रूप से तकनीक का प्रदर्शन भी किया। लिली ने एथिलीन कार्बोनेट के साथ आयोडीन और सोडियम से बने नमक का इस्तेमाल किया, जो लिथियम-आयन बैटरी में इस्तेमाल होने वाला एक सामान्य कार्बनिक विलायक है।

लिली ने कहा, "ऐसे रेफ्रिजरेंट्स होने की संभावना है जो सिर्फ जीडब्ल्यूपी [ग्लोबल वार्मिंग क्षमता] -शून्य नहीं हैं, लेकिन जीडब्ल्यूपी-नकारात्मक हैं।" "एथिलीन कार्बोनेट जैसी सामग्री का उपयोग वास्तव में कार्बन-नकारात्मक हो सकता है क्योंकि आप कार्बन डाइऑक्साइड को एक इनपुट के रूप में उपयोग करके इसका उत्पादन करते हैं। यह हमें कार्बन कैप्चर से CO2 का उपयोग करने के लिए जगह दे सकता है।"

सिस्टम के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा आयनों को स्थानांतरित करती है, जिससे सामग्री का गलनांक बदल जाता है। जब यह पिघलता है, तो सामग्री आसपास से गर्मी को अवशोषित करती है, और जब आयनों को हटा दिया जाता है और सामग्री जम जाती है, तो यह वापस गर्मी देती है। पहले प्रयोग ने एक वोल्ट से भी कम का उपयोग करके 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान परिवर्तन को दिखाया, जो अन्य कैलोरी प्रौद्योगिकियों द्वारा प्रदर्शित की तुलना में अधिक तापमान लिफ्ट है।

प्रैशर ने कहा, "तीन चीजें हैं जिन्हें हम संतुलित करने की कोशिश कर रहे हैं: रेफ्रिजरेंट का जीडब्ल्यूपी, ऊर्जा दक्षता और उपकरण की लागत।" "पहली कोशिश से, हमारा डेटा इन तीनों पहलुओं पर बहुत ही आशाजनक दिखता है।"

जबकि कैलोरी विधियों पर अक्सर उनकी शीतलन शक्ति के संदर्भ में चर्चा की जाती है, जल ताप या औद्योगिक ताप जैसे अनुप्रयोगों के लिए चक्रों का भी उपयोग किया जा सकता है। आयनोकैलोरिक टीम यह निर्धारित करने के लिए प्रोटोटाइप पर काम जारी रखे हुए है कि तकनीक बड़ी मात्रा में शीतलन का समर्थन करने के लिए कैसे स्केल कर सकती है, तापमान परिवर्तन की मात्रा में सुधार कर सकती है, और दक्षता में सुधार कर सकती है।

"हमारे पास यह नया थर्मोडायनामिक चक्र और ढांचा है जो विभिन्न क्षेत्रों के तत्वों को एक साथ लाता है, और हमने दिखाया है कि यह काम कर सकता है," प्रैशर ने कहा। "अब, इंजीनियरिंग चुनौतियों का सामना करने के लिए सामग्री और तकनीकों के विभिन्न संयोजनों का परीक्षण करने के लिए प्रयोग का समय है।" (एएनआई)