Günlük hayatımızın vazgeçilmez bir parçası olan soğutma sistemleri, yeni ve çevre dostu bir teknoloji ile tanışıyor: İyonokalorik soğutma. Mevcut soğutma yöntemlerine daha güvenli ve gezegenimiz için daha iyi bir alternatif sunma potansiyeli taşıyan bu yenilikçi yaklaşım, gelecekte buzdolaplarından klimalara kadar pek çok alanda devrim yaratabilir.
Standart buzdolapları ve klimalar, ısıyı bir ortamdan uzaklaştırmak için buharlaşarak gaz haline geçen ve kapalı bir tüp içinde dolaşarak yoğuşup tekrar sıvılaşan bir akışkan kullanır. Bu süreç etkili olsa da, soğutucu akışkan olarak kullanılan bazı maddeler çevreye zararlı olabiliyor.
Ancak, bir maddeyi ısı enerjisini emip yaymaya zorlamanın birden fazla yolu var. 2023 yılında yayımlanan bir araştırma, katı buzun sıvı suya dönüşmesi gibi bir malzemenin faz değiştirmesi sırasında depolanan veya yayılan enerji prensibinden yararlanan bir yöntem ortaya koyuyor.
Bir buz bloğunun sıcaklığını artırdığınızda erir. Ancak gözden kaçırdığımız bir detay var ki, erime sırasında çevresindeki ısıyı emerek ortamı etkili bir şekilde soğutur. Isıyı artırmaya gerek kalmadan buzu eritmenin bir yolu ise içine birkaç yüklü parçacık, yani iyon eklemektir. Yollara tuz dökerek buzlanmayı önlemek, bu prensibin günlük hayattaki yaygın bir örneğidir. İyonokalorik döngü de, bir akışkanın fazını değiştirmek ve çevresini soğutmak için tuz kullanır.
Bu alandaki araştırmacılardan biri, "Soğutucu akışkanların geleceği henüz çözülmemiş bir problem," diyor. "Soğuk bir ortam sağlayan, verimli çalışan, güvenli ve çevreye zarar vermeyen bir alternatif çözüm geliştirmeyi kimse başaramadı. İyonokalorik döngünün, uygun şekilde hayata geçirildiğinde tüm bu hedeflere ulaşma potansiyeli olduğuna inanıyoruz."
Araştırmacılar, iyonokalorik döngünün teorisini modelleyerek, günümüzde kullanılan soğutucu akışkanların verimliliğine rakip olabileceğini veya hatta onları geliştirebileceğini gösterdiler. Sistemden geçen bir akım, içindeki iyonları hareket ettirerek malzemenin erime noktasını değiştirip sıcaklığı ayarlayacak. Ekip, iyot ve sodyum içeren bir tuz kullanarak etilen karbonatı eritme deneyleri de yaptı. Lityum-iyon pillerde de kullanılan ve karbondioksit girdisiyle üretilen bu yaygın organik çözücü, sistemi sadece küresel ısınma potansiyeli (GWP) sıfır değil, aynı zamanda GWP negatif yapabilir.
Deneylerde, bir volttan az bir yük uygulayarak 25 santigrat derecelik bir sıcaklık değişimi elde edildi. Bu sonuç, diğer kalorik teknolojilerin şu ana kadar başardığı değerleri aşıyor.
Bir diğer araştırmacı ise, "Üç şeyi dengelemeye çalışıyoruz: soğutucu akışkanın GWP'si, enerji verimliliği ve ekipmanın maliyeti," diye ekliyor. "İlk denemelerimizden elde ettiğimiz veriler, bu üç açıdan da oldukça umut verici görünüyor."
Günümüzde soğutma süreçlerinde kullanılan buharlı sıkıştırma sistemleri, çeşitli hidroflorokarbonlar (HFC'ler) gibi yüksek GWP'ye sahip gazlara dayanıyor. Kigali Amendmanı'nı imzalayan ülkeler, önümüzdeki 25 yıl içinde HFC'lerin üretimini ve tüketimini en az %80 oranında azaltmayı taahhüt ettiler ve iyonokalorik soğutma bu süreçte önemli bir rol oynayabilir.
Şimdi araştırmacıların, bu teknolojiyi laboratuvardan çıkarıp ticari olarak kullanılabilecek ve sorunsuz bir şekilde ölçeklenebilecek pratik sistemlere dönüştürmesi gerekiyor. Uzun vadede bu sistemler, soğutmanın yanı sıra ısıtma için de kullanılabilir.
Devam eden araştırmalar, ısıyı bir ortamdan çekmek için en etkili olabilecek farklı tuz kombinasyonlarını belirlemeye odaklanıyor. 2025 yılında yayımlanan bir uluslararası araştırma, elektrik alanları ve zarlar kullanılarak geri dönüştürülen yüksek verimli nitrat bazlı tuzlar üzerine bir çalışma yayınladı. Bu, araştırmacıların öngördüğü yönde atılmış bir adımdı.
Araştırmacılar, "Farklı alanlardan unsurları bir araya getiren yepyeni bir termodinamik döngü ve çerçevemiz var ve bunun işe yarayabileceğini gösterdik," diyor. "Şimdi mühendislik zorluklarını karşılamak için farklı malzeme ve teknik kombinasyonlarını test etme zamanı."
Bu araştırma, Science dergisinde yayımlandı.
