После трех лет рекордной жары этот год обещает быть еще более знойным. Кондиционеры? Они никуда не денутся. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к 2050 году количество кондиционеров утроится. Это хорошо для здоровья - одно исследование Lancet показало, что кондиционеры предотвратили почти 200 000 преждевременных смертей только в 2019 году - но плохо для планеты. Искусственный холод уже составляет 7% мирового потребления электроэнергии и 3% выбросов парниковых газов, и при неправильной утилизации они могут выделять хладагенты с большим потенциалом глобального потепления, чем углекислый газ.

Чувствуя жару, многие ученые и стартапы надеются усилить твердотельное охлаждение, которое в настоящее время используется в небольших масштабах для таких вещей, как мини-холодильники, аккумуляторы для электромобилей и некоторые дорогие игровые компьютеры. Традиционные кондиционеры передают тепло с помощью компрессора и вентилятора, которые циркулируют хладагент и превращают его из жидкости в газ. Твердотельные системы, с другой стороны, перемещают тепло через проводящие материалы, такие как гадолиний и теллурид висмута, которые теоретически могут охлаждать помещения и поверхности с меньшим количеством неприятных побочных эффектов.

Загвоздка в том, смогут ли они сравниться с эффективностью обычных кондиционеров. «Один из ключевых вопросов, который остается, - почему твердотельные охладители не так эффективны, как типичные термодинамические циклы?» - говорит Прамод Редди, профессор машиностроения в Мичиганском университете, изучающий теплопередачу.

Исследования и пилотные программы проводятся для проверки различных подходов. Бруклинская компания Mimic Systems использует термоэлектрическое охлаждение, которое пропускает ток через полупроводниковые материалы, чтобы перемещать тепло с одной стороны на другую. Ее система климат-контроля для помещений проходит пилотные испытания в квартире в Ванкувере. Немецкая компания Magnotherm собирается протестировать свою систему, которая основана на магнитокалорическом устройстве, передающем тепло путем намагничивания и размагничивания материалов, в сети супермаркетов. Команда из Гонконга объявила, что ее эластокалорическое устройство, материал которого нагревается и охлаждается при расширении и сжатии, может опускаться ниже 0 °C. А британская компания Barocal делает ставку на барокалорические системы, которые меняют температуру в ответ на изменение давления.

Но эксперты, особенно в области термоэлектричества, сомневаются в том, что какая-либо твердотельная схема сможет конкурировать. Для большинства современных систем HVAC коэффициент полезного действия (COP) равен 3, объясняет Джефф Снайдер, профессор Северо-Западного университета, изучающий электрическую и тепловую проводимость. Это по сути означает, что система перемещает три единицы тепла на каждую единицу энергии, которая в нее поступает. Термоэлектрики, в частности, имеют тенденцию к гораздо более низкой производительности при высоких перепадах температур, говорит Снайдер, что означает, что они лучше всего подходят для нишевых применений, таких как охлаждение спинки автомобильного сиденья.

Однако эффективность - это не все, утверждает Линдси Расмуссен, менеджер в акселераторе климатических технологий Rocky Mountain Institute Third Derivative, который поддерживает и Magnotherm, и Mimic. В США большинство используемых в настоящее время кондиционеров используют хладагент R410A, потенциал глобального потепления которого более чем в 2000 раз выше, чем у углекислого газа. Кроме того, их движущиеся части могут сделать их менее долговечными, особенно по сравнению с твердотельной моделью, которая менее механически сложна.

Тем не менее, нехватка устройств затрудняет ответ на вопрос об эффективности. Чтобы понять, насколько хорошо работают альтернативы, говорит Расмуссен, исследователям необходимо сравнить их долгосрочное потребление энергии с потреблением обычных моделей, а не просто смотреть на COP. Mimic утверждает, например, что ее модель для помещений должна соответствовать потреблению типичного кондиционера в течение года. Эластокалорические и барокалорические системы также многообещающие, добавляет Расмуссен, но прототипы для помещений, вероятно, появятся через два-три года.

В конечном счете, вероятность того, что твердотельное охлаждение заменит кондиционеры на основе компрессора, невелика. Но по мере того как планета нагревается, и такие места, как Индия, устанавливают десятки миллионов новых кондиционеров в следующем десятилетии,