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현대식 냉장고가 등장하기 전에는 얼어붙은 물 덩어리를 먼 거리까지 운반해야 했습니다. 요즘에는 음식을 식히는 것이 훨씬 쉬워졌습니다. 현대 냉장고는 열을 흡수하고 방출하기 위해 냉매 화학 물질로 채워진 파이프의 폐쇄 루프 시스템을 사용합니다. 이는 엄청난 양의 에너지를 소비하거나 관련된 환경적으로 안전하지 않은 화학 물질을 신경 쓰지 않는 한 훌륭하게 작동하는 검증된 방법입니다. 하지만 언제나 혁신의 여지는 있습니다.
2023년 버클리의 과학자들은 얼음을 사용하여 음식을 냉각하던 옛날 방식을 따르는 새로운 냉동 시스템을 고안했습니다. Science에 게재된 논문에서는 이 방법을 '이온열량 냉동 사이클'이라고 부르며 물의 상 변화에 대한 열역학적 특성을 사용합니다. 얼음이 액체로 녹을 때 주변의 열을 흡수합니다. 액체 물이 얼음으로 얼면 열이 방출됩니다. 따라서 용기 내부의 얼음을 녹인 다음 용기 외부에서 다시 얼리면 용기의 내용물을 효과적으로 냉장 보관할 수 있습니다.
그런데 냉장고 안에서 얼음을 녹이려면 어떻게 해야 할까요? 연구자들은 영리한 해결책을 생각해 냈습니다. 하전된 이온을 추가하는 것입니다. 이온 또는 염을 물에 첨가하면 이러한 염이 물에 미치는 영향으로 어는점이 낮아집니다. 바닷물이 32도가 아닌 화씨 28도에서 어는 것과 같은 이유입니다. 그래서 연구팀은 전류를 사용하여 물이 용기 안에 있을 때 물에 이온을 추가하고 용기 외부에 있을 때 이온을 제거하는 냉장고 모델을 설계했습니다. 이런 방식으로 물은 액체로 녹아서 내부 열을 몇도 정도 흡수한 다음 고체를 얼려 외부로 열을 방출할 수 있습니다. 이 과정은 균형을 맞추는 작업이지만 현대 냉동에 대한 환경 친화적인 대안이 될 수 있습니다.
이온열량 냉장의 환경적 이점
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News from Berkeley Lab 간행물과의 인터뷰에서 해당 논문의 공동 저자인 Ravi Prasher는 이 프로젝트에 냉동에 대한 세 가지 목표가 있다고 설명했습니다. 즉, 비용 절감, 에너지 효율성 향상, 지구 온난화 가능성 감소입니다. 분명히 새로운 냉장고 모델은 공통 재료를 사용하기 때문에 매우 비용 효율적일 수 있습니다. 팀의 실험에는 식료품점에서 찾을 수 있는 정제수, 요오드, 나트륨이 사용되었습니다.
물에서 이온을 추가하고 제거하는 시스템은 에너지 효율적일 수도 있습니다. 초기 테스트에서 연구원들은 단 0.22V를 사용하여 온도를 섭씨 25도까지 변경할 수 있었습니다. 이 모델은 아직 제대로 작동하는 냉장고로 구성되지 않았지만 이러한 낮은 에너지 요구 사항은 오늘날 우리가 사용하는 에너지를 많이 소비하는 냉장고를 대체할 수 있는 가능성이 매우 높습니다.
하지만 전기 요금을 절약하는 것과 지구 온난화로부터 지구를 구하는 것은 또 다른 문제입니다. 에어컨과 히트펌프를 포함한 냉동 부문은 전 세계 온실가스 배출량의 거의 8%를 차지합니다. 그 중 일부는 모든 것을 계속 작동하는 데 필요한 에너지를 생성하는 데서 발생하므로 에너지 효율이 더 높은 냉장고는 온실가스 배출을 줄일 수 있습니다. 더 좋은 점은 이 팀의 모델이 오늘날 우리가 대부분의 냉장고에 사용하는 HFC(수소불화탄소 가스) 대신 소금과 물을 사용한다는 것입니다. R134a 및 R410a와 같은 HFC는 버려진 냉장고 및 제조 시설에서 종종 누출되는 강력한 온실 가스입니다. 연구팀은 가정용 탄산나트륨과 마찬가지로 제조 과정에서 이산화탄소를 소비하는 시스템에 탄산에틸렌을 추가하는 실험도 했습니다. 이는 미래의 냉장고가 탄소 배출을 줄이는 것뿐만 아니라 실제로 공기에서 탄소를 끌어올 수도 있다는 것을 의미합니다.
