Cet été, il y a des moments en Espagne où l’on regarde le thermomètre avec incrédulité. Certaines villes ont atteint 44°C et rien de tel que la climatisation pour lutter contre l’étouffement permanent. Cependant, malgré de nouveaux modèles et des améliorations constantes, cette technologie continue d’avoir ses limites lorsqu’il s’agit de rafraîchir une pièce : elle consomme beaucoup d’énergie, environ 1 000 Wh en moyenne, et dans la grande majorité des cas elle dépend de fluides frigorigènes hydrofluorocarbonés ( HFC), qui émettent de puissants gaz à effet de serre et contribuent largement à l’aggravation du changement climatique.
Pendant des années, des moyens alternatifs de réfrigération sont explorés, avec des méthodes allant du magnétisme à la pression, à l’étirement ou aux champs électriques, dans le but de manipuler des matériaux solides pour qu’ils absorbent ou libèrent de la chaleur. Certains ont même combiné trois techniques différentes pour refroidir la température de 9 degrés sans utiliser d’électricité. Mais peu sont parvenus à proposer une toute nouvelle façon de refroidir (et de chauffer), ce dont Drew Lilley et Ravi Prasher, scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) en Californie, aux États-Unis, peuvent se vanter.
Ces deux jeunes ingénieurs entendent profiter de le potentiel offert par le cycle ionocalorique qui, selon les résultats obtenus, peuvent concurrencer voire améliorer l’efficacité des fluides frigorigènes utilisés aujourd’hui, sans polluer et avec une dépense énergétique minimale.
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« Le paysage des réfrigérants est un problème non résolu », déclare Lilley dans une publication du laboratoire de Berkeley lui-même. « Personne n’a réussi à développer une solution de contournement qui rend les choses cool, fonctionne efficacement, est sûr et ne nuit pas à l’environnement. Nous croyons que le cyclisme ionocalorique a le potentiel d’atteindre tous ces objectifs s’il est fait correctement. »
La clé est dans le sel
Les nouvelles méthodes et techniques de réfrigération font partie des restrictions internationales croissantes sur les matières et les gaz polluants. Les pays signataires de l’Amendement de Kigali au Protocole de Montréal (qui limitait les substances appauvrissant la couche d’ozone), dont l’Espagne, se sont engagés à réduire la production et la consommation de HFC d’au moins 80 % au cours des 25 prochaines années. Et dans ce changement, selon les chercheurs, la réfrigération ionocalorique pourrait jouer un rôle important.
L’ingénieur mécanique Drew Lilley au Berkeley Lab Thor Swift / Berkeley Lab Omicrono
Les premiers résultats de Lilley et Prasher ont été présentés en décembre 2022 au revue scientifique. Sa technique basée sur les ions découle de la même physique qui motive jeter du sel sur le trottoir lorsqu’une forte tempête arrive en hiver afin que la glace ne se forme pas sur la route.
Le sel consiste à appliquer un flux d’ions (atomes chargés électriquement) dans le sol pour affecter la cycle ionocalorique qui se produit lorsqu’un liquide gèle et vice versa. Dans ce processus, la chaleur est stockée ou libérée pour que le matériau passe de l’état liquide à l’état solide.
première expérience
Les chercheurs pensent qu’en appliquant un courant d’ions à l’environnement qui traverse le système pour être refroidi ou chauffé, il est possible de faire varier sa température changer le point de fusion du matériau. « La première expérience a montré un changement de température de 25 degrés Celsius en utilisant moins d’un volt (0,22 volt), une augmentation de température plus élevée que celle démontrée par d’autres technologies caloriques », expliquent les responsables, les chercheurs actuels du même laboratoire de Berkeley, dont 16 Les lauréats du prix Nobel ont émergé.
Illustration des ions agissant pour congeler les aliments Jenny Nuss/Berkeley Lab Omicrono
Pour démontrer la théorie en laboratoire, Drew Lilley utilisé un sel à base d’iode et de sodium, ainsi que le carbonate d’éthylène, un solvant organique courant souvent utilisé dans les batteries lithium-ion. Cette combinaison bon marché et abondante peut résoudre de nombreux problèmes et aider à rafraîchir nos maisons.
« Il est possible d’avoir des réfrigérants qui ont non seulement un GWP [potencial de calentamiento global] zéro, mais ont un GWP négatif », a déclaré Lilley. « En utilisant un matériau comme le carbonate d’éthylène pourrait être négatif en carbone, car il est produit en utilisant du dioxyde de carbone comme intrant. Ainsi, nous pourrions utiliser le CO2 issu de la capture du carbone. » En d’autres termes, le nouveau fluide frigorigène ionocalorique serait non seulement non polluant, mais contribuerait à lutter directement contre le changement climatique.
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En plus du GWP, il y avait deux autres éléments fondamentaux que les chercheurs avaient en priorité : l’efficacité énergétique et le coût de l’équipement, de sorte qu’il soit abordable et facile à fabriquer. « Dès le premier essai, nos données semblent très prometteuses à ces trois égards », déclare Prasher.
Une fois sa viabilité démontrée en laboratoire, Les chercheurs continuent de travailler sur différents prototypes pour déterminer comment ils pourraient faire évoluer la technique pour prendre en charge de grandes quantités de réfrigération. Ils visent également à améliorer la quantité de changements de température que le système peut supporter et son efficacité, afin qu’il puisse être un concurrent sur le marché des solutions déjà disponibles.
« Nous avons un cycle et un cadre thermodynamiques complètement nouveaux qui rassemblent des éléments de différents domaines, et nous avons montré que cela peut fonctionner », déclare Prasher. « Maintenant, L’heure est à l’expérimentation pour tester différentes combinaisons de matériaux et de techniques qui nous permettent de surmonter les défis d’ingénierie », conclut-il.
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