1 
После нескольких лет рекордной жары потребность в кондиционировании воздуха только растет. По прогнозу Международного энергетического агентства (IEA), к 2050 году количество кондиционеров в мире может утроиться. Об этом пишет MIT Technology Review.
Смотрите также Хаоса из проводов больше не будет: удлинителям найдена лучшая замена
Могут ли твердотельные кондиционеры заменить обычные системы охлаждения?
С одной стороны, это важно для здоровья населения. Исследование, опубликованное в журнале The Lancet, показало, что только в 2019 году кондиционеры помогли предотвратить почти 200 тысяч преждевременных смертей.
С другой стороны, охлаждение помещений уже сейчас создает значительную нагрузку на энергосистему и климат. По оценкам специалистов, кондиционирование обеспечивает около 7% мирового потребления электроэнергии и примерно 3% глобальных выбросов парниковых газов. Дополнительной проблемой остаются хладагенты, которые при неправильной утилизации могут попадать в атмосферу и способствовать потеплению значительно сильнее, чем углекислый газ.
Именно поэтому ученые и стартапы активно работают над альтернативными технологиями охлаждения.
Как работает твердотельное охлаждение?
В отличие от традиционных кондиционеров, которые используют компрессоры, вентиляторы и хладагенты, твердотельные системы работают благодаря свойствам специальных материалов.
Для переноса тепла могут использоваться такие вещества, как гадолиний или теллурид висмута. Теоретически это позволяет охлаждать поверхности и помещения без применения газовых хладагентов и сложных механических узлов.
Основное преимущество такого подхода заключается в меньшем количестве движущихся деталей, что потенциально повышает надежность оборудования и упрощает его обслуживание.
Впрочем, главный вопрос пока остается открытым — смогут ли такие системы достичь эффективности традиционных кондиционеров. Профессор машиностроения Прамод Редди, исследующий процессы теплопередачи, отмечает, что одним из ключевых вызовов остается понимание причин, по которым твердотельные охладители пока уступают классическим термодинамическим циклам по эффективности.
Какие технологии сейчас тестируют?
Разработчики испытывают сразу несколько подходов к твердотельному охлаждению.
Термоэлектрическое охлаждение. Ближе всего к практическому применению продвинулась американская компания Mimic Systems из Бруклина. Ее система использует термоэлектрический принцип. Электрический ток проходит через полупроводниковые материалы и переносит тепло с одной стороны системы на другую.
В настоящее время комнатный прототип компании проходит испытания в жилой квартире в Ванкувере.
Магнитокалорическое охлаждение. Немецкая компания Magnotherm разрабатывает магнитокалорическую систему.
Ее принцип работы основан на нагревании и охлаждении материалов под воздействием магнитного поля. В ближайшее время технологию планируют протестировать в сети супермаркетов.
Эластокалорические и барокалорические системы. Исследователи из Гонконга работают над эластокалорическими устройствами. В таких системах материал нагревается или охлаждается при растяжении и сжатии.
По словам ученых, их экспериментальное устройство уже способно достигать температур ниже 0 градусов Цельсия.
Еще одно направление развивает британская компания Barocal. Она использует барокалорический эффект, при котором температура материала изменяется вследствие изменения давления.
Почему эксперты пока настроены осторожно?
Несмотря на оптимизм разработчиков, многие ученые сомневаются, что новые системы смогут полностью вытеснить компрессорные кондиционеры.
Профессор Джефф Снайдер объясняет, что современные HVAC-системы обычно имеют коэффициент производительности (COP) около 3. Это означает, что на каждую единицу затраченной энергии они переносят примерно три единицы тепла.
Особенно сложной выглядит ситуация для термоэлектрических систем. По словам исследователя, их эффективность заметно снижается при больших перепадах температур. Именно поэтому сегодня такие технологии чаще используют для локального охлаждения, например автомобильных сидений или электроники.
Впрочем, некоторые специалисты считают, что оценивать новые технологии только по коэффициенту производительности неправильно.
Менеджер климатического акселератора Third Derivative при Rocky Mountain Institute Линдси Расмуссен подчеркивает, что важную роль играют также экологичность и долговечность.
Например, многие современные кондиционеры в США работают на хладагенте R410A, потенциал глобального потепления которого более чем в 2000 раз превышает аналогичный показатель углекислого газа.
Кроме того, меньшее количество механических компонентов может сделать твердотельные системы более надежными и долговечными.
Есть ли будущее у новой технологии?
Большинство экспертов не ожидает, что твердотельное охлаждение в ближайшее время полностью заменит обычные кондиционеры. Однако даже частичное внедрение таких систем может существенно повлиять на рынок.
По словам Линдси Расмуссен, если новые технологии смогут занять хотя бы 5% мирового рынка кондиционирования, это уже будет иметь ощутимый экологический эффект. Особенно актуальным это может стать для стран с быстрым ростом спроса на охлаждение, в частности Индии, где в течение следующего десятилетия планируют установить десятки миллионов новых кондиционеров.
Поэтому, хотя компрессорные системы вряд ли исчезнут в ближайшие годы, развитие твердотельного охлаждения может стать одним из важных направлений борьбы с энергопотреблением и выбросами в мире, который становится все жарче.