Ein nachhaltiges System zur bedarfsgerechten Kühlung auf der Grundlage von Solarenergie

Wissenschaftler der KAUST haben ein einfaches Kühlsystem entwickelt, das durch die Nutzung passiver Sonnenenergie betrieben wird und eine kostengünstige Kühlung von Lebensmitteln und Wohnräumen für verarmte Gemeinden ohne Zugang zum Stromnetz ermöglichen könnte. Das System, das keine elektrischen Komponenten hat, nutzt den starken Kühleffekt, der auftritt, wenn bestimmte Salze in Wasser gelöst werden. Nach jedem Kühlzyklus nutzt das System die Sonnenenergie, um das Wasser zu verdampfen und das Salz zu regenerieren, damit es wieder verwendet werden kann. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Energy & Environmental Science veröffentlicht "Conversion and storage of solar energy for cooling"

"Heiße Regionen verfügen über ein hohes Maß an Sonnenenergie, so dass es sehr attraktiv wäre, diese Sonnenenergie zur Kühlung zu nutzen", sagt Wenbin Wang, Postdoc in Peng Wangs Labor. In vielen Teilen der Welt besteht aufgrund des Klimawandels ein erhöhter Bedarf an Kühlung, aber nicht jede Gemeinde hat Zugang zu Strom für Klimaanlagen und Kühlung. "Wir haben ein Konzept für eine netzunabhängige Solarenergieumwandlung und -speicherung zur umweltfreundlichen und kostengünstigen Kühlung entwickelt", sagt Professor Wang.

Das Team entwickelte ein zweistufiges Kühl- und Regenerationssystem, wobei die Kühlstufe auf der Tatsache beruht, dass die Auflösung bestimmter gängiger Salze in Wasser Energie absorbiert, die das Wasser schnell abkühlt. Nach dem Vergleich einer Reihe von Salzen erwies sich Ammoniumnitrat (NH4NO3) mit einer mehr als viermal so hohen Kühlleistung wie sein nächster Konkurrent, Ammoniumchlorid (NH4Cl), als der herausragende Leistungsträger. Die außergewöhnliche Kühlleistung des Ammoniumnitratsalzes lässt sich auf seine hohe Löslichkeit zurückführen. "Die Löslichkeit von NH4NO3 erreichte 208 Gramm pro 100 Gramm Wasser, während die anderen Salze im Allgemeinen unter 100 Gramm lagen", sagt Wenbin. "Ein weiterer Vorteil dieses Salzes ist, dass es sehr billig ist und bereits in großem Umfang als Düngemittel verwendet wird", fügt er hinzu.

Einmal gesammelt, stellt das Salz eine gespeicherte Form der Sonnenenergie dar, die bei Bedarf wieder zur Kühlung verwendet werden kann. Das System hat ein gutes Potenzial für die Lagerung von Lebensmitteln, wie das Team zeigte. Als das Salz in einem Metallbecher, der sich in einer Styroporbox befand, allmählich in Wasser aufgelöst wurde, fiel die Temperatur des Bechers von Raumtemperatur auf etwa 3,6 Grad Celsius und blieb über 15 Stunden lang unter 15 Grad Celsius.

Sobald die Salzlösung die Raumtemperatur erreicht hatte, nutzte das Team die Sonnenenergie, um das Wasser mithilfe eines maßgeschneiderten 3D-Solarregenerators in Form einer Tasse zu verdampfen. Der Becher wurde aus einem Material hergestellt, das einen möglichst großen Teil des Sonnenspektrums absorbiert. Während das Wasser verdampfte, wuchsen die NH4NO3-Kristalle an der Außenwand des Bechers. "Das kristallisierte Salz kann automatisch aufgefangen werden, da das Salz aufgrund der Schwerkraft abfällt", sagt Wenbin. Einmal aufgefangen, stellt das Salz eine gespeicherte Form von Sonnenenergie dar, die bei Bedarf wieder zur Kühlung verwendet werden kann.

Weitere Informationen finden Sie unter:

https://discovery.kaust.edu.sa/en/article/1174/strong-sunlight-powers-passive-cooling-device [This is automatically translated from English]