Koelen met zon en zouten

Het onderzoek is gepubliceerd in Science.

Het systeem, dat geen elektrische componenten heeft, maakt gebruik van het krachtige verkoelende effect dat optreedt wanneer bepaalde zouten in water worden opgelost. Na elke koelcyclus gebruikt het systeem zonne-energie om het water te verdampen en het zout te regenereren, klaar voor hergebruik.

"Hete regio’s hebben veel zonne-energie, dus het zou heel aantrekkelijk zijn om die zonne-energie te gebruiken voor koeling", zegt postdoc Wenbin Wangva de Saudi-Arabische TU Kaust. In veel delen van de wereld is er een grotere behoefte aan koeling vanwege de klimaatverandering, maar niet elke gemeenschap heeft toegang tot elektriciteit voor airconditioning en koeling. "We hebben een off-grid ontwerp voor conversie en opslag van zonne-energie geconceptualiseerd voor groene en goedkope koeling", zegt onderzoeksleider Peng Wang.

Het team ontwierp een tweestaps koel- en regeneratiesysteem, waarbij de koelstap gebaseerd is op het feit dat het oplossen van bepaalde veel voorkomende zouten in water energie absorbeert, waardoor het water snel afkoelt. Na vergelijking van een reeks zouten, bleek ammoniumnitraat (NH₄NO₃) de uitblinker te zijn, met een koelvermogen dat meer dan vier keer groter was dan zijn naaste concurrent, ammoniumchloride (NH₄Cl). Het uitzonderlijke koelvermogen van het ammoniumnitraatzout kan worden toegeschreven aan de hoge oplosbaarheid. "De oplosbaarheid van NH₄NO₃ bereikte 208 gram per 100 gram water, terwijl de andere zouten over het algemeen minder dan 100 gram waren", zegt Wenbin. "Het andere voordeel van dit zout is dat het erg goedkoop is en al veel als meststof wordt gebruikt."

Voedsel koelen

Het systeem heeft goede mogelijkheden voor voedselopslagtoepassingen, toonde het team aan. Toen het zout geleidelijk werd opgelost in water in een metalen beker die in een doos van polystyreenschuim was geplaatst, daalde de temperatuur van de beker van kamertemperatuur tot ongeveer 3,6 graden Celsius en bleef deze meer dan 15 uur onder de 15 graden Celsius.

Zodra de zoutoplossing op kamertemperatuur was, gebruikte het team zonne-energie om het water te verdampen met behulp van een op maat gemaakte komvormige 3D zonne-regenerator. De kom is gemaakt van een materiaal dat is ontworpen om zoveel mogelijk van het zonnespectrum te absorberen. Terwijl het water verdampte, groeiden de NH₄NO₃-kristallen over de buitenwand van de beker. "Het gekristalliseerde zout kan automatisch worden opgevangen als het eraf valt door de zwaartekracht", aldus Wenbin.

Eenmaal verzameld, vertegenwoordigt het zout in feite een opgeslagen vorm van zonne-energie, klaar om  opnieuw te worden gebruikt voor koeling.