با توجه به رشد جمعیت، افزایش دمای زمین و مصرف روزافزون انرژی، نیاز به فناوری‌های سبز، کم‌مصرف و بی‌ضرر برای محیط‌زیست بیش از پیش احساس می‌شود. سیستم‌های سرمایشی سنتی که مبتنی بر کمپرسور و مواد شیمیایی خنک‌کننده هستند، نه‌تنها مصرف انرژی بالایی دارند بلکه به شدت برای محیط‌زیست مضرند. در این میان، فناوری نوظهور سرمایش جامد با استفاده از مواد نانو مهندسی‌شده می‌تواند نقطه عطفی در صنعت سرمایش و تهویه مطبوع باشد.
ارائه جایگزینی سبز، کم‌مصرف و بی‌صدا برای کولرهای سنتی
❄️ فناوری CHESS چیست؟
CHESS مخفف عبارت Controlled Hierarchical Engineered Superlattice Structures به معنای «ساختارهای ابرلایه‌ای سلسله‌مراتبی مهندسی‌شده کنترل‌شده» است. این فناوری نوین حاصل بیش از ۱۰ سال پژوهش توسط مؤسسه پژوهشی فیزیک کاربردی دانشگاه جان‌هاپکینز در ایالت مریلند آمریکا است.
هدف از توسعه این فناوری، تولید نوعی سامانه سرمایشی بدون قطعات متحرک، بی‌صدا، با ابعاد کوچک و البته دوست‌دار محیط‌زیست بوده است که بتواند جایگزین کولرهای سنتی و کمپرسوری شود.
⚙️ سازوکار سرمایش ترموالکتریک
برخلاف کولرهای سنتی که با فشرده‌سازی گازهای خنک‌کننده کار می‌کنند، فناوری سرمایش ترموالکتریک بر اساس پدیده اثر پلتیه (Peltier Effect) عمل می‌کند. در این روش، با عبور جریان الکتریکی از یک ماده نیمه‌رسانا، گرما از یک سمت جذب و به سمت دیگر منتقل می‌شود. در نتیجه، یک سمت ماده سرد و سمت دیگر گرم می‌شود.
این سیستم هیچ قطعه مکانیکی متحرکی ندارد و از هیچ‌گونه گاز گلخانه‌ای یا خنک‌کننده‌ی شیمیایی استفاده نمی‌کند.
📈 بهبود راندمان تا دو برابر نسبت به مواد قدیمی
یکی از چالش‌های اصلی فناوری سرمایش ترموالکتریک، پایین بودن راندمان آن بود. اما با فناوری CHESS، راندمان سیستم تقریباً دو برابر نسبت به مواد ترموالکتریک سنتی افزایش یافته است. در دمای اتاق (۲۵ درجه سانتی‌گراد)، این مواد عملکرد بهتری از خود نشان می‌دهند. همچنین راندمان دستگاهی تا ۷۵ درصد و در سیستم‌های یکپارچه تا ۷۰ درصد بهبود یافته است.
🧪 روش تولید: MOCVD، یک فرآیند صنعتی پیشرفته
مواد CHESS از طریق فناوری رسوب‌دهی شیمیایی بخار فلزی-آلی (MOCVD) تولید می‌شوند. این روش که پیش‌تر در ساخت سلول‌های خورشیدی و LEDهای تجاری استفاده می‌شد، امکان تولید سریع و ارزان این مواد را در مقیاس انبوه فراهم می‌کند.
✅ مزایای روش MOCVD:
-
مناسب برای تولید انبوه
-
دقت بالا در کنترل ساختار نانو
-
قابلیت صنعتی‌سازی و مقیاس‌پذیری
🧊 کولرهایی به اندازه یک دانه شن!
یکی از ویژگی‌های خارق‌العاده فناوری CHESS این است که تنها ۰.۰۰۳ سانتی‌متر مکعب ماده برای هر واحد سرمایشی نیاز دارد؛ یعنی تقریباً به اندازه یک دانه شن! این مصرف ناچیز ماده باعث می‌شود تولید چنین سیستم‌هایی هم مقرون‌به‌صرفه باشد و هم فضای بسیار کمی اشغال کند.
📦 کاربردهای گسترده و آینده‌دار
فناوری CHESS تنها به خنک‌سازی لپ‌تاپ یا گوشی‌های هوشمند محدود نمی‌شود. این فناوری می‌تواند در مقیاس‌های بزرگ‌تری همچون سامانه‌های HVAC (گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع) برای ساختمان‌ها و حتی در فریزرهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
همچنین این مواد قابلیت تبدیل اختلاف دما به انرژی الکتریکی را نیز دارند؛ برای مثال، از گرمای بدن انسان می‌توان برق تولید کرد. این ویژگی می‌تواند به توسعه فناوری‌های پوشیدنی، فضایی، پزشکی و اینترنت اشیاء کمک شایانی کند.
🤝 همکاری با سامسونگ برای تجاری‌سازی
آزمایشگاه دانشگاه جان‌هاپکینز با همکاری مهندسین شرکت سامسونگ الکترونیکس، عملکرد این فناوری را از لحاظ مدل‌سازی حرارتی و قابلیت عملیاتی بررسی کرده‌اند. نتایج بسیار مثبت بود و راه برای تولید انبوه و تجاری‌سازی فناوری CHESS هموار شده است.
🤖 برنامه‌های آینده: ادغام با هوش مصنوعی
در آینده، قرار است سیستم‌های سرمایشی مبتنی بر CHESS به فناوری هوش مصنوعی نیز مجهز شوند. این کار با هدف بهینه‌سازی مصرف انرژی، به‌ویژه در سیستم‌های تهویه ساختمان‌ها انجام خواهد شد. سامانه‌های هوشمند قادر خواهند بود بر اساس داده‌های محیطی و نیاز مصرف‌کننده، مصرف انرژی را به حداقل برسانند.
📊 مقایسه فناوری CHESS با کولرهای سنتی
| ویژگی‌ها | کولرهای سنتی | فناوری CHESS |
|---|---|---|
| مصرف انرژی | بالا | بسیار کم |
| نویز و صدا | زیاد | تقریباً بی‌صدا |
| استفاده از مواد شیمیایی | بله (گازهای مضر) | خیر |
| ابعاد | بزرگ | کوچک و قابل حمل |
| هزینه تولید | بالا | پایین (با تولید انبوه) |
| امکان استفاده در پوشیدنی‌ها | ندارد | دارد |
| اثر زیست‌محیطی | منفی | مثبت |
💡 نتیجه‌گیری: گام بزرگ به سوی سرمایش پایدار
فناوری سرمایش جامد CHESS نشان می‌دهد که آینده سرمایش می‌تواند سبزتر، ساکت‌تر، هوشمندتر و ارزان‌تر باشد. با حذف قطعات مکانیکی و مواد شیمیایی، این سیستم‌ها نه‌تنها برای محیط‌زیست مفیدند بلکه کاربردهای گسترده‌تری در صنعت، فضا، پزشکی، ساختمان‌سازی و زندگی روزمره خواهند داشت.
اگرچه هنوز در مراحل اولیه تجاری‌سازی قرار دارد، اما چشم‌انداز روشنی برای فناوری CHESS دیده می‌شود؛ همان‌طور که باتری‌های لیتیوم-یونی انقلابی در حوزه انرژی ایجاد کردند، این فناوری نیز می‌تواند آینده سرمایش را متحول سازد.
❓ سوالات متداول
🔹 فناوری CHESS دقیقاً چیست؟
CHESS نوعی ماده نانو مهندسی‌شده برای سرمایش جامد است که راندمانی تقریباً دو برابر نسبت به مواد قدیمی دارد.
🔹 آیا این سیستم جایگزین کولرهای گازی می‌شود؟
بله، در آینده می‌توان این فناوری را در سیستم‌های بزرگ‌تری مانند کولرهای ساختمانی نیز استفاده کرد.
🔹 چه چیزی باعث برتری این فناوری شده؟
راندمان بالا، بی‌صدا بودن، مصرف انرژی پایین، عدم استفاده از مواد شیمیایی و قابلیت تولید انبوه.
🔹 آیا این فناوری در ایران هم کاربردی دارد؟
بله، ایران با اقلیم گرم و مصرف بالای انرژی در فصل تابستان، به شدت نیازمند چنین فناوری‌هایی برای کاهش مصرف انرژی است.
