Команда из Китайской академии наук разработала инновационное решение, способное устранить ограничения твердофазных хладагентов. Объединив процессы охлаждения и теплообмена в одной жидкости, ученые предложили технологию, которая может стать перспективной альтернативой для охлаждения дата-центров и жилых помещений.

Экологические вызовы традиционного охлаждения

Современные системы охлаждения и холодильное оборудование — одни из важнейших изобретений человечества, однако их использование связано с серьезными экологическими издержками. Парокомпрессионные системы, широко применяемые по всему миру, в 2019 году обеспечивали почти 15% энергопотребления в Китае и более 7,8% мировых выбросов углекислого газа (по данным за 2020 год). Несмотря на то, что твердофазные калорические материалы рассматривались как низкоэмиссионная альтернатива, их неспособность эффективно передавать тепло существенно ограничивала их применение.

Прорыв в технологии охлаждения

Исследовательская группа под руководством профессора Ли Бина из Института исследований металлов Китайской академии наук смогла преодолеть так называемую «невозможную тройку»: добиться высокой охлаждающей способности, эффективной теплоотдачи и нулевых выбросов углерода. В своей публикации в журнале Nature ученые представили новый метод, основанный на растворимом барокалорическом эффекте.

Для реализации этой технологии команда использовала раствор тиоцианата аммония (NH₄SCN). Такой подход сочетает тепловые преимущества твердых хладагентов с быстрым потоком жидкостей. Превращая хладагент в перекачиваемую жидкость, система мгновенно реагирует на изменения давления и избегает узких мест теплообмена, характерных для традиционных твердых границ.

Принцип работы и эффективность

Работа нового охлаждающего цикла строится на простой последовательности процессов. В ходе экспериментов при комнатной температуре температура жидкости снижалась почти на 30 кельвинов (около 30°C) всего за 20 секунд. При более высоких температурах диапазон охлаждения достигал 54 кельвинов. Моделирование прототипа четырехступенчатого цикла показало энергоэффективность, приближающуюся к 77%, и охлаждающую способность 67 джоулей на грамм.

Перспективы применения

С учетом прогнозируемого утроения мирового спроса на охлаждение к 2050 году (по данным за 2022 год), эта стабильная и обратимая технология открывает путь к коммерческому холодильному оборудованию с нулевыми выбросами. Ее выдающиеся характеристики при высоких температурах делают технологию особенно подходящей для управления интенсивными тепловыми нагрузками в вычислительных центрах нового поколения, работающих с искусственным интеллектом.