آینده سیستم تبرید با تکیه بر«کریستالهای پلاستیکی» بجای بکارگیری گازهای مضر

سیستم خنک کنندگی یا تبرید حدود 100 سال قدمت داشته اما در این مدت تغییر چندانی نکرده است. چنانچه از اوایل دهه 1900 تاکنون به یخچالها نگاهی بیاندازیم متوجه می‌شویم که هنوز هم جعبه‌ای بزرگ مملو از مواد غذایی سرد در آشپزخانه به همان صورت قابل تشخیص است. اما محققان عنوان می‌کنند که بزودی مواد جدیدی جایگزین سیستم خنک کنندگی واقع در یخچالها شده و آن را سازگار با محیط زیست و همچنین انطباق پذیرتر و کارآمدتر می‌سازد.
یخچالهای استاندارد با استفاده از فرایندی تحت عنوان تراکم تبخیری یا تراکم بخاری کار می‌کنندیخچالهای استاندارد با استفاده از فرایندی تحت عنوان تراکم تبخیری یا تراکم بخاری کار می‌کنند. کمپرسور فشار وارده بر روی گاز را افزایش داده بطوریکه موجب افزایش درجه حرارت و رانده شدن آن به درون لوله‌های مارپیچی واقع در پشت یخچال می‌شود. در هوای نسبتاً خنک‌تر آشپزخانه، گاز گرم شده مقداری از حرارت خود را از دست داده و به مایع تبدیل می‌شود. همانطور که این مایع به درون لوله‌های مارپیچ درون یخچال بازمی‌گردد، فشار روی آن برداشته شده و تبخیر می‌گردد و در روند جذب گرما به گاز تبدیل می‌شود.

این سیستم، یک سیستم ساده و کارآمد به حساب آمده که طی یک قرن اصلاح و بهبود یافته است اما با این وجود هنوز هم عاری از اشکال نیست.

یکی از مشکلات اصلی، گازهای مورد استفاده در آن است که در صورت انتشار، برای محیط زیست بسیار مضر می‌باشند. یک کیلوگرم گاز مبرد معمولی می‌تواند تأثیری مشابه با اثر گلخانه‌ای دو متریک تن دی اکسید کربن برجای گذارد.

این امر پژوهشگران را بر آن داشته است که مواد دیگری تولید کنند که به هنگام قرار گرفتن در معرض فشار یا میدانهای مغناطیسی یا الکتریکی، دمای آنها بتواند تغییر کند.

به گفته‌ی خاویر مویا (Xavier Moya‎) دانشمند علم مواد از دانشگاه کمبریج واقع در بریتانیا: «چنانچه بتوانیم همین عمل را با یک ماده جامد انجام ‌دهیم، برای محیط زیست به مراتب بهتر خواهد بود».

مویا در حال تحقیق و کار بر روی ماده‌ای تحت عنوان «کریستالهای پلاستیکی» است که به هنگام قرار گرفتن تحت فشار از طریق یک نیروی مکانیکی، درجه حرارت‌شان تغییر می‌کند. هنگامی که نیرو اعمال می‌شود، مولکولهای موجود در بلور یا کریستال از یک فاز بی نظمی به فاز دارای نظم تغییر یافته و دما افزایش می‌یابد. این گرما می‌تواند به یک انباره حرارتی تخلیه شده و هنگامی که فشار برداشته ‌شود مولکولها به حالت بی نظمی سابق خود بازگشته و دما حتی بیشتر از قبل افت می‌کند. این بلور آنگاه می‌تواند گرمای درون یخچال را جذب کرده و این چرخه مجدداً از سر گرفته می‌شود.

مویا و سایر پژوهشگران اخیراً نشان داده‌اند که کریستالهای پلاستیکی آنها قادر به تحمل تغییرات دمایی قابل مقایسه با سیستم‌های تراکم تبخیری سنتی هستند. او عنوان می‌کند که: «سالیان زیادی است که مواد جامد از این چرخه عقب مانده بودند، بنابراین این امر بسیار هیجان انگیز خواهد بود».

یخچالهای حالت جامد (solid state) علاوه بر داشتن فایده برای محیط زیست، می‌توانند نسبت به انواع سنتی جمع و جورتر و سازگارتر باشند. در اینکه سیستم‌های تراکم تبخیری تا چه اندازه می‌توانند کوچک ساخته شوند محدودیت‌هایی وجود دارد و همچنین طراحی آنها به لزوم دور نگاه داشتن افراد از گازهای خطرناک و فشار بالا محدود می‌شود. سیستم‌های جامد بدون نیاز به یک کمپرسور بزرگ و سیستم وسیع از لوله‌هایی برای بخار، می‌توانند تقریباً هر شکلی به خود گرفته و امکان کوچک شدن و ایجاد فضا برای ریزتراشه‌ها جهت برخورداری از سیستم‌های خنک کنندگی را فراهم ‌سازند.

به گفته نیل ویلسون مدیر عامل شرکت کمفریج (Camfridge‎‎) واقع در کمبریج (Cambridge‎) انگلستان: «این امر می‌تواند شیوه تعامل و تقابل مشتری با فناوری تبرید را دگرگون سازد». شرکت کمفریج در حال ساخت یخچالهای حالت جامد با استفاده از موادی است که در پاسخ به میدانهای مغناطیسی، دما و درجه حرارت را تغییر می‌دهند. او می‌افزاید: «این نوع یخچال لازم نیست که یک جعبه غول پیکر در آشپزخانه باشد».
بسیاری از مواد تبرید یا سردساز حالت جامد هنوز با مشکلی تحت عنوان هیسترسیس یا پسماند مواجه هستندبا این حال، هنوز هم موانعی بر سر راه وجود داشته که بایستی بر آنها غلبه کنند. بسیاری از مواد تبرید یا سردساز حالت جامد هنوز با مشکلی تحت عنوان هیسترسیس یا پسماند (hysteresis‎) مواجه هستند بدین معنی که پس از افزایش یافتن دمای ماده، تماماً به دمای اولیه خود باز نمی‌گردد، بنابراین از کارآمدی چرخه خنک کنندگی کاهسته می‌شود. به گفته ویلسون: «مهندسی و بررسی هیسترسیس جهت برخورداری از یک چرخه خنک کنندگی کارآمد دارای اهمیت است».

کریستالهای پلاستیکی مویا همچنین به فشاری به مراتب بیشتر یعنی چیزی حدود 2500 بارومتر در مقایسه با 50 تا 100 بارومتر استفاده شده در سیستم تراکم تبخیری نیاز دارند. مویا عنوان می‌کند که: «فشار پایین جهت حفظ ایمنی و کارآیی، بهتر خواهد بود».

فناوری‌های حالت جامد حتی در صورت تکامل، برای آنکه یخچالهای سنتی را به کناری بزنند کار دشواری در پیش دارند. به گفته مویا تراکم تبخیری ارزان، قابل اعتماد و پردوام است و این صنعت پیشرفتهای زیادی در کارایی و تأثیرات آن بر محیط زیست نموده است. او می‌افزاید: «ما نیاز داریم چیزی در اختیار داشته باشیم که برای جایگزین شدن سیستم تراکم تبخیری بسیار عالی عمل کند».

اما ویلسون عنوان می‌کند که زمان زیادی طول نخواهد کشید که یخچالهای حالت جامد شروع به سربرآوردن در خانه‌های مردم کنند. شرکت کمفریج در حال حاضر فناوری میدان مغناطیسی خود را با تولید کنندگان مورد آزمایش قرار می‌دهد و انتظار دارد طی دو یا سه سال آینده نمونه‌هایی از آن را به بازار عرضه کنند. مویا عنوان می‌کند که کریستالهای پلاستیکی فاصله بیشتری شاید هشت تا ده سال جهت عرضه دارند و لوازم خانگی احتمالاً نخستین لوازمی نخواهند بود که از این فناوری استفاده می‌کنند. کارهای دیگری وجود دارد که یخچالهای حالت جامد قادر به انجام آنها بسیار بهتر از بخار، خواهند بود.

به طور خلاصه می‌توان گفت که تکیه آینده سیستم تبرید بر کریستالهای پلاستیکی بجای به کار بردن گازهای زیانبخش موجب سازگارتر، کارآمدتر و بهتر شدن این سیستم  برای محیط زیست شده است. سیستم‌های تراکم تبخیری به طور کلی فضای زیادی را اشغال می‌کنند در حالی که یخچالهای حالت جامد می‌توانند جمع و جورتر بوده و نیازی به یک کمپرسور حجیم و سیستمی از لوله‌های مختلف برای بخار نخواهند داشت و به لحاظ تئوریک می‌توانند جهت خنک ساختن ریزتراشه‌ها به قدر کافی کوچک باشند.

 
منبع: discovermagazine