science >> Wetenschap >  >> Chemie

Groen materiaal voor koeling geïdentificeerd

Krediet:CC0 Publiek Domein

Onderzoekers uit het VK en Spanje hebben een milieuvriendelijke vaste stof geïdentificeerd die de inefficiënte en vervuilende gassen die in de meeste koelkasten en airconditioners worden gebruikt, zou kunnen vervangen.

Wanneer onder druk gezet, plastic kristallen van neopentylglycol leveren enorme koeleffecten op - genoeg om te concurreren met conventionele koelmiddelen. In aanvulling, het materiaal is goedkoop, algemeen verkrijgbaar en functioneert bij bijna kamertemperatuur. Details worden gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

De gassen die momenteel in de overgrote meerderheid van koelkasten en airconditioners worden gebruikt — fluorkoolwaterstoffen en koolwaterstoffen (HFK's en HC's) — zijn giftig en ontvlambaar. Als ze in de lucht lekken, ze dragen ook bij aan de opwarming van de aarde.

"Koelkasten en airconditioners op basis van HFK's en HC's zijn ook relatief inefficiënt, " zei Dr. Xavier Moya, van de Universiteit van Cambridge, die het onderzoek leidde met professor Josep Lluís Tamarit, van de Universitat Politècnica de Catalunya. "Dat is belangrijk omdat koeling en airconditioning momenteel een vijfde van de wereldwijd geproduceerde energie verslinden, en de vraag naar koeling neemt alleen maar toe."

Om deze problemen op te lossen, materiaalwetenschappers over de hele wereld hebben gezocht naar alternatieve vaste koudemiddelen. Moya, een Royal Society Research Fellow in Cambridge's Department of Materials Science and Metallurgy, is een van de leiders op dit gebied.

In hun nieuw gepubliceerde onderzoek, Moya en medewerkers van de Universitat Politècnica de Catalunya en de Universitat de Barcelona beschrijven de enorme thermische veranderingen onder druk die worden bereikt met plastic kristallen.

Conventionele koeltechnologieën zijn afhankelijk van de thermische veranderingen die optreden wanneer een gecomprimeerde vloeistof uitzet. De meeste koelapparaten werken door vloeistoffen zoals HFK's en HC's te comprimeren en uit te zetten. Als de vloeistof uitzet, het daalt in temperatuur, zijn omgeving afkoelen.

Met vaste stoffen, koeling wordt bereikt door de microscopische structuur van het materiaal te veranderen. Deze verandering kan worden bereikt door een magnetisch veld aan te leggen, een elektrisch veld of door mechanische kracht. Al decenia, deze calorische effecten zijn achtergebleven bij de thermische veranderingen die beschikbaar zijn in vloeistoffen, maar de ontdekking van kolossale barocalorische effecten in een plastic kristal van neopentylglycol (NPG) en andere verwante organische verbindingen heeft het speelveld genivelleerd.

Vanwege de aard van hun chemische bindingen, organische materialen zijn gemakkelijker te comprimeren, en NPG wordt veel gebruikt bij de synthese van verven, polyester, weekmakers en smeermiddelen. Het is niet alleen overal verkrijgbaar, maar ook nog eens goedkoop.

moleculen van NPG, samengesteld uit koolstof, waterstof en zuurstof, zijn bijna bolvormig en interageren slechts zwak met elkaar. Deze losse bindingen in zijn microscopische structuur zorgen ervoor dat de moleculen relatief vrij kunnen roteren.

Het woord "plastic" in "plastic kristallen" verwijst niet naar de chemische samenstelling, maar eerder naar de kneedbaarheid. Op de grens tussen vaste stoffen en vloeistoffen liggen kunststofkristallen.

Het comprimeren van NPG levert ongekend grote thermische veranderingen op als gevolg van moleculaire herconfiguratie. De bereikte temperatuurverandering is vergelijkbaar met die welke commercieel worden geëxploiteerd in HFK's en HC's.

De ontdekking van kolossale barocalorische effecten in een plastic kristal zou barocalorische materialen op de voorgrond moeten brengen van onderzoek en ontwikkeling om veilige, milieuvriendelijke koeling te bereiken zonder afbreuk te doen aan de prestaties.

Moya werkt nu samen met Cambridge Enterprise, de commercialiseringsafdeling van de Universiteit van Cambridge, om deze technologie op de markt te brengen.