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最新の冷蔵庫が登場する前は、凍った水の塊を長距離を運ばなければなりませんでした。最近では、食べ物を冷やすことがずっと簡単になりました。最新の冷蔵庫は、冷媒化学物質で満たされたパイプの閉ループ システムを使用して、熱を吸収および放射します。これは、大量のエネルギーを消費したり、環境的に安全ではない化学物質が含まれていることを気にしない限り、うまく機能する実証済みの方法です。しかし、常に革新の余地があります。
2023 年、バークレーの科学者たちは、食品を冷やすために水氷を使用していた昔を思い出させる、新しい冷凍システムを考案しました。 Science誌に掲載されたこの論文は、この方法を「イオン熱量冷凍サイクル」と呼んでおり、水の相変化の熱力学特性を利用しています。氷が溶けて液体になると、周囲から熱を吸収します。液体の水が凍って氷になると熱を放出します。したがって、コンテナ内で氷を溶かし、コンテナの外で再び凍らせることができれば、コンテナの中身を効果的に冷蔵することになります。
しかし、冷蔵庫内の氷はどうやって溶かすのでしょうか？研究者らは、荷電イオンを追加するという賢明な解決策を思いつきました。イオンまたは塩を水に加えると、それらの塩が水に及ぼす影響は、凝固点を下げることです。海水が華氏 32 度ではなく 28 度で凍るのと同じ理由です。そこでチームは、電流を利用して、水が容器内にあるときは水にイオンを追加し、容器の外にあるときはイオンを除去する冷蔵庫のモデルを設計しました。このようにして、水は液体に溶けて数度の内部熱を吸収し、固体として凍結して熱を外部に放射します。このプロセスはバランスをとる行為のようなものですが、現代の冷蔵庫に代わる環境に優しい代替手段となる可能性があります。
イオンカロリー冷凍による環境上の利点
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News from Berkeley Labの出版物とのインタビューで、同論文の共著者であるラビ・プラッシャー氏は、このプロジェクトには冷凍に関する3つの目標がある、すなわちコストの削減、エネルギー効率の向上、地球温暖化係数の低下であると説明した。明らかに、新しい冷蔵庫モデルは共通の材料を使用しているため、非常に費用対効果が高い可能性があります。チームの実験では、精製水、ヨウ素、ナトリウムを使用しました。これらの材料は食料品店で見つけることができます。
水にイオンを加えたり、水からイオンを除去したりするシステムもエネルギー効率が高い可能性があります。初期テストでは、研究者らはわずか 0.22 ボルトを使用して温度を摂氏 25 度変化させることができました。このモデルはまだ機能する冷蔵庫として構築されていませんが、このような低いエネルギー要件は、現在使用されているエネルギーを大量に消費する冷蔵庫の代替品として非常に有望です。
しかし、電気代を節約することと地球温暖化から地球を守ることは別のことです。エアコンやヒートポンプを含む冷凍部門は、世界の温室効果ガス排出量のほぼ 8% を占めています。その一部は、すべての動作を維持するために必要なエネルギーを生成することから来ているため、よりエネルギー効率の高い冷蔵庫は温室効果ガスの排出量を削減します。さらに良いことに、このチームのモデルは、現在ほとんどの冷蔵庫で使用されているハイドロフルオロカーボン ガス (HFC) の代わりに、塩と水を使用しています。 R134a や R410a などの HFC は強力な温室効果ガスであり、廃棄された冷蔵庫や製造施設から漏れることがよくあります。研究チームは、家庭用炭酸ナトリウムと同様、製造中に二酸化炭素を消費するエチレンカーボネートをシステムに添加する実験も行った。つまり、将来の冷蔵庫は炭素排出量を削減するだけでなく、実際に空気から炭素を取り出す可能性があるということです。
