เครื่องปรับอากาศที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

สหรัฐฯ เข้าสู่ฤดูร้อนอย่างเต็มกำลัง และผู้คนหันมาเปิดเครื่องปรับอากาศเพื่อรับมือกับความร้อน แต่สารทำความเย็นไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนในอุปกรณ์เหล่านี้และอุปกรณ์ทำความเย็นอื่นๆ เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพและเป็นตัวขับเคลื่อนหลักของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ วันนี้นักวิทยาศาสตร์รายงานอุปกรณ์ต้นแบบที่สามารถแทนที่ “A/C” ที่มีอยู่ได้ในสักวันหนึ่ง เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นและใช้สารทำความเย็นที่เป็นของแข็งเพื่อทำให้พื้นที่เย็นลงอย่างมีประสิทธิภาพ

นักวิจัยจะนำเสนอผลงานของพวกเขาในวันนี้ในการประชุมฤดูใบไม้ร่วงของ American Chemical Society (ACS) ACS Fall 2022 เป็นการประชุมแบบไฮบริดที่จัดขึ้นแบบเสมือนจริงและแบบส่วนตัวในวันที่ 21-25 ส.ค. พร้อมการเข้าถึงแบบออนดีมานด์ในวันที่ 26 ส.ค.–ก.ย. 9. การประชุมมีการนำเสนอเกือบ 11,000 รายการในหัวข้อวิทยาศาสตร์ที่หลากหลาย

“เพียงแค่ติดตั้งเครื่องปรับอากาศหรือทิ้งเครื่องปรับอากาศก็ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนได้” อดัม สลาฟนีย์ ปริญญาเอก ผู้นำเสนองานนี้ในที่ประชุมกล่าว สารทำความเย็นที่ใช้ในระบบเหล่านี้มีศักยภาพมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์หลายพันเท่า และอาจรั่วไหลออกจากระบบโดยไม่ได้ตั้งใจเมื่อถูกจัดการหรือกำจัด

ระบบทำความเย็นแบบเดิม เช่น เครื่องปรับอากาศ ทำงานโดยทำให้สารทำความเย็นหมุนเวียนระหว่างการเป็นแก๊สหรือของเหลว เมื่อของเหลวกลายเป็นแก๊ส มันจะขยายตัวและดูดซับความร้อน ทำให้ห้องเย็นหรือภายในตู้เย็นเย็นลง คอมเพรสเซอร์ที่ทำงานด้วยความเร็วประมาณ 70–150 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) จะเปลี่ยนแก๊สกลับเป็นของเหลวและปล่อยความร้อนออกมา ในกรณีของเครื่องปรับอากาศ ความร้อนนี้จะถูกส่งออกไปนอกบ้าน แม้ว่าวัฏจักรนี้จะมีประสิทธิภาพ แต่ความกังวลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและกฎระเบียบที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับสารทำความเย็นไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนกำลังกระตุ้นให้มีการค้นหาสารทำความเย็นที่รับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น

สารทำความเย็นที่เป็นของแข็งอาจเป็นทางออกที่ดี ของแข็งจะไม่รั่วไหลออกจากเครื่องปรับอากาศซึ่งแตกต่างจากก๊าซ สารทำความเย็นที่เป็นของแข็งประเภทหนึ่ง เรียกว่าวัสดุแบบบาโรคาโลริก ทำงานคล้ายกับระบบทำความเย็นแบบแก๊สและของเหลวแบบดั้งเดิม พวกเขาใช้การเปลี่ยนแปลงแรงดันเพื่อผ่านวงจรความร้อน แต่ในกรณีนี้ แรงดันจะขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงเฟสของแข็งเป็นของแข็ง นั่นหมายความว่าวัสดุยังคงเป็นของแข็ง แต่โครงสร้างโมเลกุลภายในเปลี่ยนไป ลักษณะโครงสร้างที่สำคัญของวัสดุที่เป็นของแข็งแบบบาโรคาโลริกคือพวกมันประกอบด้วยสายโซ่โมเลกุลที่ยาวและยืดหยุ่นได้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะมีลักษณะเป็นแผ่นฟลอปปี้และไม่เป็นระเบียบ แต่ภายใต้แรงกดดัน โซ่จะมีระเบียบและเข้มงวดมากขึ้น ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงที่ปล่อยความร้อน Jarad Mason, Ph.D. , Ph.D., กระบวนการเปลี่ยนจากโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งไปสู่โครงสร้างที่ผ่อนคลายนั้นเหมือนกับการละลายของขี้ผึ้ง แต่ไม่ให้กลายเป็นของเหลว ผู้ตรวจสอบหลักของโครงการ ซึ่งอยู่ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด เมื่อปล่อยแรงดัน วัสดุจะดูดซับความร้อนกลับคืนมาจนครบวงจร

อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของระบบบาโรคาโลริกก็คือ วัสดุเหล่านี้ส่วนใหญ่ต้องการแรงกดดันมหาศาลในการขับเคลื่อนวงจรความร้อน ในการสร้างแรงกดดันเหล่านี้ ระบบต้องใช้อุปกรณ์พิเศษที่มีราคาแพงซึ่งไม่เหมาะกับการระบายความร้อนในโลกแห่งความเป็นจริง เมสันและทีมของเขาเพิ่งรายงานวัสดุบาโรคาโลริกที่สามารถทำหน้าที่เป็นสารทำความเย็นที่ความดันต่ำกว่ามาก ตอนนี้พวกเขาได้แสดงให้เห็นว่าสารทำความเย็นซึ่งเรียกว่าเมทัลเฮไลด์เพอรอฟสกีต์ ​​สามารถทำงานในระบบทำความเย็นที่สร้างขึ้นใหม่ทั้งหมด “วัสดุที่เรารายงานสามารถหมุนเวียนได้ประมาณ 3,000 psi ซึ่งเป็นแรงกดดันที่ระบบไฮดรอลิกส์ทั่วไปสามารถทำงานได้” Slavney กล่าว

ทีมงานได้สร้างต้นแบบที่แสดงให้เห็นถึงการใช้วัสดุใหม่เหล่านี้ในระบบทำความเย็นที่ใช้งานได้จริง อุปกรณ์มีสามส่วนหลัก หนึ่งคือท่อโลหะที่บรรจุสารทำความเย็นที่เป็นของแข็งและของเหลวเฉื่อย – น้ำหรือน้ำมัน อุปกรณ์อีกชิ้นหนึ่งคือลูกสูบไฮดรอลิกที่ใช้แรงดันกับของเหลว สุดท้าย ของเหลวจะช่วยถ่ายเทแรงดันนั้นไปยังสารทำความเย็นและช่วยพาความร้อนผ่านระบบ

หลังจากแก้ไขปัญหาด้านวิศวกรรมหลายอย่างแล้ว ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุที่มีความกดอากาศทำงานเป็นสารทำความเย็นที่ใช้งานได้ โดยเปลี่ยนการเปลี่ยนแปลงแรงดันเป็นวัฏจักรการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเต็มรูปแบบ “ระบบของเรายังคงไม่ใช้แรงกดดันที่ต่ำเท่ากับระบบทำความเย็นเชิงพาณิชย์ แต่เรากำลังเข้าใกล้มากขึ้น” Mason กล่าว ตามความรู้ของทีม นี่เป็นระบบทำความเย็นที่ใช้งานได้ระบบแรกที่ใช้สารทำความเย็นแบบโซลิดสเตตที่ต้องอาศัยการเปลี่ยนแปลงแรงดัน

เมื่อมีอุปกรณ์อยู่ในมือแล้ว ทีมงานวางแผนที่จะทดสอบวัสดุบารอคาโลริกที่หลากหลาย “เราหวังเป็นอย่างยิ่งว่าจะใช้เครื่องนี้เป็นเครื่องทดสอบเพื่อช่วยเราค้นหาวัสดุที่ดียิ่งขึ้นไปอีก” Slavney กล่าว รวมถึงอุปกรณ์ที่ทำงานภายใต้แรงดันต่ำและนำความร้อนได้ดีกว่า ด้วยวัสดุที่เหมาะสม นักวิจัยเชื่อว่าสารทำความเย็นแบบโซลิดสเตตสามารถทดแทนเครื่องปรับอากาศในปัจจุบันและเทคโนโลยีทำความเย็นอื่นๆ ได้

นักวิจัยรับทราบการสนับสนุนและเงินทุนจากศูนย์วิจัยและวิศวกรรมวัสดุศาสตร์มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด กองทุน Harvard Climate Change Solutions Fund และมูลนิธิ Arnold and Mabel Beckman

การบรรยายสรุปของสื่อที่บันทึกไว้ในหัวข้อนี้จะโพสต์ในวันจันทร์ที่ 22 ส.ค. ภายในเวลา 10.00 น. ตามเวลาตะวันออก  ที่www.acs.org/acsfall2022briefings

ACS Fall 2022 จะเป็นงานที่ต้องฉีดวัคซีนและสวมหน้ากากสำหรับผู้เข้าร่วมงาน ผู้แสดงสินค้า ผู้ขาย และพนักงาน ACS ทุกคนที่วางแผนจะเข้าร่วมด้วยตนเองในชิคาโก สำหรับข้อมูลโดยละเอียดเกี่ยวกับข้อกำหนดและมาตรการด้านความปลอดภัยของ ACS ทั้งหมด โปรดไปที่  เว็บไซต์ของ ACS

American Chemical Society (ACS) เป็นองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรที่ได้รับอนุญาตจากรัฐสภาคองเกรสแห่งสหรัฐอเมริกา ภารกิจของ ACS คือการพัฒนาองค์กรด้านเคมีในวงกว้างและผู้ปฏิบัติงานเพื่อประโยชน์ของโลกและทุกคน Society เป็นผู้นำระดับโลกในการส่งเสริมความเป็นเลิศในการศึกษาทางวิทยาศาสตร์และให้การเข้าถึงข้อมูลและการวิจัยเกี่ยวกับเคมีผ่านโซลูชั่นการวิจัยที่หลากหลาย วารสารที่ผ่านการตรวจสอบโดยเพื่อน การประชุมทางวิทยาศาสตร์ eBooks และข่าวประจำสัปดาห์ ข่าว เคมีและวิศวกรรม. วารสาร ACS เป็นหนึ่งในวารสารที่อ้างอิงมากที่สุด น่าเชื่อถือที่สุด และอ่านมากที่สุดภายในวรรณกรรมทางวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม ACS เองไม่ได้ทำการวิจัยทางเคมี ในฐานะผู้นำด้านโซลูชันข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ แผนก CAS ของบริษัทเป็นพันธมิตรกับนักประดิษฐ์ระดับโลกเพื่อเร่งความก้าวหน้าด้วยการดูแล เชื่อมต่อ และวิเคราะห์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ของโลก สำนักงานใหญ่ของ ACS อยู่ในกรุงวอชิงตัน ดีซี และโคลัมบัส โอไฮโอ

หน้าแรก