Химики из Британии создали холодильник с "твердым" хладагентом

МОСКВА, 19 апр – РИА Новости. Испанские и британские ученые выяснили, что твердый углеводород неопентилгликоль, один из компонентов смазок и красок, не уступает по своим охлаждающим свойствам фреонам и прочим жидким хладагентам. Его описание и перспективы применения были раскрыты в журнале Nature Communications.

«

"Холодильники и кондиционеры, использующие фреоны и углеводороды, не только опасны для окружающей среды, но и относительно неэффективны. Это делает наше открытие еще более важным – сегодня холодильные установки потребляют до 20% вырабатываемого электричества, и в будущем их аппетиты будут только расти", — заявил Хавьер Мойя (Xavier Moya) из Кембриджского университета (Великобритания).

Все холодильники и кондиционеры работают благодаря одному простому физическому процессу, которым управляет знаменитый второй закон термодинамики. Как заметили ученые еще в конце 18 века, испарение жидкости или резкое расширение ее паров при уменьшении давления приводит к тому, что она начинает активно поглощать тепло и охлаждать окружающее пространство.

Ее конденсация, в свою очередь, ведет к обратному процессу – сжиженный газ или вода выделяют тепло. Скорость и прочие свойства подобных превращений, которые физики называют фазовыми переходами, достаточно сильно различаются для разных хладагентов.

Самыми эффективными веществами такого рода пока остаются фреоны – соединения фтора, углеводородов и прочих галогенов, открытые американскими учеными почти столетие назад. Они применялись практически повсеместно до середины 1980 годов, когда химики из MIT обнаружили, что фреоны разрушают озоновый слой.

Это привело к запрету на производство и применение наиболее опасных разновидностей фторуглеродов и заставило ученых искать альтернативы, обладающие столь же хорошими охлаждающими свойствами. За последующие три десятилетия было открыто несколько десятков других соединений фтора, которые не разрушают озон, но при этом являются сильнейшими парниковыми газами.

Мойя и его коллеги уже много лет работают над созданием принципиально иных охлаждающих технологий – они пытаются создать твердотельные аналоги фреонов, используя так называемые пластические кристаллы.

Так ученые называют особую форму материи, которая одновременно напоминает по свойствам и жидкости, и полноценные кристаллы. Это проявляется в том, что ее молекулы выстроены в такие же периодические структуры, как в кристаллических веществах, но при этом они сохраняют некоторую подвижность и могут вращаться вокруг собственной оси, как жидкие соединения.

Малейшие изменения в силе давления на пластические кристаллы, как объясняет Мойя, заставляют их резко изменить свою структуру, и превратиться в полный кристалл или жидкость, что приводит к выделению или поглощению тепла. Ученые давно пытались приспособить их для работы в качестве хладагента, однако все подобные материалы в сотни и тысячи раз уступали фреонам.

Британские и испанские химики нашли решение этой проблемы совершенно случайно, изучая физические свойства молекул неопентилгликоля, пластических кристаллов, широко применяемых в качестве стабилизаторов для различных красок, смазок и пластификаторов.

Сжав их до 2500 атмосфер, ученые заметили, что неопентилгликоль поглотил огромное количество тепла, сопоставимое с тем, как меняется температура при конденсации или испарении фреона марки R134a, одного из самых популярных хладагентов нового поколения.

Как отмечает Мойя, его теплоемкость можно будет повысить еще на два порядка, если объединить кристаллы из неопентилгликоля с пластинками из графита. Эта идея, по его словам, уже заинтересовала инвесторов и ученые сейчас работают над ее коммерциализацией.