Các hệ thống làm lạnh thông thường vận chuyển nhiệt ra khỏi không gian, thông qua một chất lỏng hấp thụ nhiệt khi nó bay hơi thành khí, sau đó được vận chuyển qua một ống kín và ngưng tụ trở lại thành chất lỏng.

Mặc dù quy trình này khá hiệu quả, nhưng một số vật liệu chúng ta chọn sử dụng làm chất làm lạnh lại không thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, có nhiều cách khác nhau để có thể buộc một chất hấp thụ và tỏa nhiệt.

Một phương pháp được công bố năm 2023, do các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley và Đại học California, Berkeley phát triển, tận dụng cách năng lượng được lưu trữ hoặc giải phóng khi vật liệu thay đổi trạng thái, chẳng hạn như khi băng chuyển sang nước.

Tăng nhiệt độ của một khối băng, nó sẽ tan chảy. Điều mà chúng ta có thể không dễ dàng nhận thấy là quá trình tan chảy sẽ hấp thụ nhiệt từ môi trường xung quanh, làm mát môi trường một cách hiệu quả.

Một cách để làm tan băng mà không cần tăng nhiệt là thêm một vài hạt tích điện, còn gọi là ion. Rắc muối lên mặt đường để ngăn băng hình thành là một ví dụ điển hình. Chu trình ion nhiệt cũng vậy, cũng sử dụng muối để thay đổi pha của chất lỏng và làm mát môi trường xung quanh.

Các nhà nghiên cứu đã mô hình hóa lý thuyết về chu trình ion nhiệt để chỉ ra cách nó có thể cạnh tranh với các chất làm lạnh đang sử dụng hiện nay. Dòng điện chạy qua hệ thống, sẽ di chuyển các ion trong đó, làm thay đổi điểm nóng chảy của vật liệu để thay đổi nhiệt độ.

Nhóm nghiên cứu thí nghiệm sử dụng muối được tạo thành từ iốt và natri để làm tan chảy ethylene carbonate. Dung môi hữu cơ phổ biến này cũng dùng trong pin lithium-ion và được sản xuất bằng cách sử dụng carbon dioxide làm đầu vào. Điều này có thể làm cho hệ thống không chỉ có GWP (tiềm năng nóng lên toàn cầu) bằng 0 mà còn âm.

Sự thay đổi nhiệt độ là 25 độ C, được đo bằng cách sử dụng điện tích nhỏ hơn một vôn trong thí nghiệm, kết quả vượt xa những gì các công nghệ khác đạt được cho đến nay. Có ba điều nhóm nghiên cứu cố gắng cân bằng là GWP của chất làm lạnh, hiệu suất năng lượng và chi phí của chính thiết bị. Ngay lần thử đầu tiên, dữ liệu cho thấy rất khả quan ở cả ba khía cạnh này.

Các hệ thống nén hơi hiện đang sử dụng trong quy trình làm lạnh dựa trên các loại khí có GWP cao, chẳng hạn như các loại hydrofluorocarbon (HFC). Các quốc gia đã ký kết thỏa thuận quốc tế, cam kết giảm sản xuất và tiêu thụ HFC ít nhất 80% trong 25 năm tới. Công nghệ làm mát ion nhiệt có thể đóng vai trò quan trọng trong mục tiêu này.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu đang thử nghiệm để kiểm tra các kết hợp vật liệu và kỹ thuật khác nhau nhằm đáp ứng các thách thức về kỹ thuật, sớm đưa công nghệ này vào hệ thống thực tế. Đích đến cuối cùng là có thể sử dụng thương mại và mở rộng quy mô mà không gặp bất kỳ vấn đề nào. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science.