Nachhaltige stromfreie Klimaanlage kann Sonnenenergie nutzen, um die Temperaturen an heißen Tagen zu senken

KAUST-Wissenschaftler haben ein einfaches Kühlsystem basierend auf Sonnenenergie und dem Kühleffekt der Salzwasserverdunstung entwickelt, das in heißen Regionen mit begrenztem Zugang zu Elektrizität zur Kühlung genutzt werden könnte. Bildnachweis: © 2021 KAUST; Veronica Moraru

Starkes Sonnenlicht treibt passives Kühlgerät an

Ein einfaches Kühlsystem, das durch die Erfassung passiver Sonnenenergie angetrieben wird, könnte verarmten Gemeinden ohne Zugang zum Stromnetz kostengünstige Lebensmittelkühlung und Wohnraumkühlung bieten. Das System kommt ohne elektrische Komponenten aus und nutzt den starken Kühleffekt, der auftritt, wenn bestimmte Salze in Wasser gelöst werden. Nach jedem Kühlzyklus nutzt das System Sonnenenergie, um das Wasser zu verdampfen und das Salz zu regenerieren, das zur Wiederverwendung bereit ist.

„Heisse Regionen haben ein hohes Maß an Sonnenenergie, daher wäre es sehr attraktiv, diese Sonnenenergie zur Kühlung zu nutzen“, sagt Wenbin Wang, Postdoc in Peng Wangs Labor. In vielen Teilen der Welt besteht aufgrund des Klimawandels ein größerer Bedarf an Kühlung, aber nicht jede Gemeinde hat Zugang zu Strom für Klimatisierung und Kühlung. „Wir haben ein netzfernes Solarenergie-Umwandlungs- und Speicherdesign für eine grüne und kostengünstige Kühlung konzipiert“, sagt Professor Wang.

Passives Kühlsystem

Das von den KAUST-Ingenieuren konzipierte Kühlsystem könnte zur Kühlung von Räumen in Haushalten eingesetzt werden. Bildnachweis: © 2021 KAUST; Wenbin Wang

Das Team entwarf ein zweistufiges Kühl- und Regenerationssystem, wobei der Kühlschritt darauf basiert, dass das Auflösen bestimmter Kochsalze in Wasser Energie absorbiert, wodurch das Wasser schnell abgekühlt wird. Nach dem Vergleich einer Reihe von Salzen, Ammoniumnitrat (NH4NEIN3) erwies sich als herausragender Anbieter mit einer Kühlleistung, die mehr als viermal höher war als die seines nächsten Konkurrenten, Ammoniumchlorid (NH4Cl). Die außergewöhnliche Kühlleistung des Ammoniumnitratsalzes ist auf seine hohe Löslichkeit zurückzuführen. „NH4NEIN3Die Löslichkeit von 208 Gramm pro 100 Gramm Wasser erreichte, während die anderen Salze im Allgemeinen unter 100 Gramm lagen“, sagt Wenbin. „Ein weiterer Vorteil dieses Salzes ist, dass es sehr günstig ist und bereits als Dünger verwendet wird“, fügt er hinzu.

Das System hat ein gutes Potenzial für Lebensmittellagerungsanwendungen, wie das Team zeigte. Als sich das Salz allmählich in Wasser in einem Metallbecher auflöste, der in ein Polystyrol Schaumstoffbox fiel die Temperatur der Tasse von Raumtemperatur auf etwa 3,6 Grad Celsius und blieb über 15 Stunden unter 15 Grad Celsius.

Sobald die Salzlösung Raumtemperatur erreicht hatte, nutzte das Team Sonnenenergie, um das Wasser mit einem maßgeschneiderten becherförmigen 3D-Solarregenerator zu verdampfen. Der Becher wurde aus einem Material hergestellt, das so viel wie möglich vom Sonnenspektrum absorbiert. Wenn das Wasser verdunstet, wird das NH4NEIN3 Kristalle wuchsen über der Außenwand des Bechers. „Das kristallisierte Salz kann automatisch gesammelt werden, wenn das Salz aufgrund der Schwerkraft abfällt“, sagt Wenbin.

Einmal gesammelt, stellt das Salz effektiv eine gespeicherte Form von Sonnenenergie dar, die bei Bedarf wieder zur Kühlung verwendet werden kann.

Referenz: „Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie zur Kühlung“ von Wenbin Wang, Yusuf Shi, Chenlin Zhang, Renyuan Li, Mengchun Wu, Sifei Zhuo Sara Aleida und Peng Wang, 1. September 2021, Energie- und Umweltwissenschaften.
DOI: 10.1039/D1EE01688A


Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.

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