Καθώς πλησιάζει ο χειμώνας, μεγάλες περιοχές των Ηνωμένων Πολιτειών περιμένουν με ανυπομονησία τις πρώτες μεγάλες χιονοπτώσεις της σεζόν. Καθώς πέφτουν οι νιφάδες χιονιού, πολλοί θα ξεθάψουν παλιά, σκουριασμένα έλκηθρα, θα κοπιάσουν για να διαμορφώσουν την τέλεια χιονόμπαλα και θα απολαύσουν μια βραδιά που θα ξαναζωντανέψει με ένα ζεστό φλιτζάνι ζεστό κακάο. Αλλά μετά έρχεται ο πάγος.
Οι γραφικές μέρες χιονιού συχνά αντικαθίστανται από πολλές ώρες αφιερώνοντας στο χέρι ξύνοντας παγωμένο πάγο από τα παρμπρίζ των αυτοκινήτων, τις αντλίες θερμότητας και άλλους χώρους γύρω από το σπίτι. Σε βιομηχανικό επίπεδο, οι επιχειρήσεις χρησιμοποιούν γιγάντιες θερμάστρες και χρησιμοποιούν χημικά για να επιταχύνουν τη διαδικασία τήξης, η οποία μπορεί να είναι δαπανηρή και ενεργοβόρα. Αλλά οι ερευνητές της Virginia Tech πιστεύουν ότι μπορεί να έχουν ανακαλύψει μια θεμελιωδώς διαφορετική μέθοδο αποπάγωσης, αυτή που έγινε δυνατή με την ουσιαστική εξαπάτηση του πάγου στο μοριακό του επίπεδο.
Η ομάδα ονομάζει τη νέα της τεχνική τήξης ηλεκτροστατική απόψυξη (EDF). Περιλαμβάνει την αιώρηση μιας ηλεκτρικά φορτισμένης χάλκινης πλάκας πάνω από επιφάνειες που καλύπτονται από παγετό. Τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα στον παγετό έλκονται από την θετικά φορτισμένη πλάκα πάνω από το κεφάλι, ενώ τα θετικά φορτία του παγετού απωθούνται προς τα κάτω. Αυτή η έλξη είναι αρκετά ισχυρή ώστε να προκαλεί τα σωματίδια του παγετού να «πηδούν» προς την πλάκα. Αυξάνοντας σταδιακά την τάση, οι ερευνητές κατάφεραν τελικά να αφαιρέσουν έως και το 75 τοις εκατό της μάζας του παγετού. Η ομάδα λεπτομερώς τα ευρήματά τους σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο Μικρές Μέθοδοι.
Καταπολέμηση του παγετού με μόρια νερού
Αυτή η νέα έρευνα για τις πλάκες χαλκού βασίζεται σε παλαιότερες εργασίες που διεξήγαγε η ίδια ομάδαπου περιλαμβάνει μια αιωρούμενη μεμβράνη νερού. Σε εκείνο το πείραμα, οι μηχανικοί δημιούργησαν τεχνητά παγετό σε πολλές επιφάνειες και χρησιμοποίησαν διηθητικό χαρτί για να κρατήσουν ένα λεπτό στρώμα νερού ακριβώς από πάνω του. Τα αρνητικά φορτία στην κορυφή του στρώματος παγετού έλκονταν από τα θετικά ιόντα στο φιλμ νερού. Μαζί, σχημάτισαν ένα μικρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Η δύναμη που ασκήθηκε στον παγετό ήταν αρκετά ισχυρή ώστε να «ξεκολλήσει» μικρά κομμάτια παγετού, με αποτέλεσμα να κινηθούν προς το νερό. Οι ερευνητές μπόρεσαν πραγματικά να απαθανατίσουν την ακριβή στιγμή που τα σωματίδια του παγετού ξεπήδησαν χρησιμοποιώντας μια κάμερα υψηλής ταχύτητας.
ΠΙΣΤΩΣΗ: Virgina Tech.
Όλη αυτή η χημική διαδικασία είναι ένα υποπροϊόν του τρόπου με τον οποίο σχηματίζεται φυσικά ο παγετός σε μοριακό επίπεδο. Καθώς ο πάγος μεγαλώνει, τα μόρια τακτοποιούνται σαν κομμάτια ενός παζλ. Αλλά δεν είναι πάντα τέλειο. Μερικές φορές ορισμένα κομμάτια, σε αυτήν την περίπτωση θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου, λείπουν. Αυτή η κακή ευθυγράμμιση στα φορτία έχει ως αποτέλεσμα αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν ιοντικά ελαττώματα. Στο πείραμα της μεμβράνης νερού, τα αρνητικά ιοντικά ελαττώματα στον πάγο μετανάστευσαν προς την κορυφή του στρώματος παγετού, ενώ τα θετικά ιοντικά ελαττώματα μετακινήθηκαν προς το κάτω μέρος.
Ο πάγος δεν ταιριάζει με την υψηλή τάση
Κατανοώντας αυτή τη βασική επιστημονική ιδέα των κακώς ευθυγραμμισμένων μορίων του παγετού, η ομάδα της Virginia Tech πίστευε ότι μια εξωτερικά φορτισμένη πλάκα χαλκού θα πρέπει να είναι σε θέση να αναπαράγει ουσιαστικά το αποτέλεσμα της μεμβράνης του νερού, αλλά ακόμη πιο ισχυρά. Αποδεικνύεται ότι είχαν δίκιο.
Ξεκίνησαν την πρώτη τους δοκιμή αιωρώντας τη χάλκινη πλάκα πάνω από τον παγετό χωρίς καμία εφαρμοζόμενη τάση. Αυτή η ρύθμιση αφαίρεσε το 15 τοις εκατό του παγετού μετά από λίγα μόλις λεπτά. Όταν πρόσθεσαν 120 βολτ στην πλάκα, αφαίρεσε το 40 τοις εκατό του παγετού. Στα 550 βολτ αφαίρεσε το 50 τοις εκατό. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών, τα φορτία ήταν αρκετά ισχυρά ώστε σταδιακά να αποκαλυφθεί ένα κρυμμένο λογότυπο της Virginia Tech που είχε προηγουμένως θαμμένο κάτω από την παγωμένη επιφάνεια.
Θα μπορούσε κανείς να υποθέσει ότι η προσθήκη ακόμη περισσότερης τάσης θα οδηγούσε σε συνεχείς αυξήσεις στην αφαίρεση του παγετού — αλλά αυτό δεν συνέβη. Όταν οι ερευνητές σημείωσαν την ισχύ στα 1.100 βολτ, η μάζα του παγετού μειώθηκε μόνο κατά 30 τοις εκατό. Σε ακόμη υψηλότερα 5.500 βολτ, αφαιρέθηκε μόλις το 20%. Κατά κάποιο τρόπο, η κατηγορία «διέρρεε».
«Πιστεύαμε πραγματικά ότι είχαμε κάτι εδώ», ο συν-συγγραφέας της μελέτης και μηχανολόγος μηχανικός της Virginia Tech Jonathan Boreyko είπε σε δήλωση. “Συνεχίστε να ανεβάζετε την τάση και περισσότερος παγετός θα πηδήξει μακριά, σωστά; Αυτό που ήταν απροσδόκητο ήταν όταν συνέβη το αντίθετο.”
Η ομάδα τελικά έλυσε το πρόβλημα της διαρροής φορτίου αναπτύσσοντας τον τεχνητό παγετό σε μια εξαιρετικά μονωμένη, υπερυδρόφοβη επιφάνεια που παγιδεύει τον αέρα. Με την εξάλειψη της διαρροής, κατάφεραν να αφαιρέσουν το 75 τοις εκατό του παγετού.
Ωστόσο, οι μηχανικοί προειδοποιούν ότι τα ευρήματα είναι ακόμη νωρίς και περιορισμένα, δεν κατάφεραν ποτέ να αφαιρέσουν το 100% του παγετού στα πειράματά τους. Και όπως ξέρουν οι αρχάριοι στα παγωμένα πεζοδρόμια, ακόμη και ένα λεπτό στρώμα πάγου που έχει απομείνει είναι αρκετό για να φουσκώσει τα πόδια.
Παρόλα αυτά παραμένουν αισιόδοξοι. Με περισσότερη έρευνα, αυτή η τεχνική ηλεκτροστατικής απόψυξης θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια οικονομικά προσιτή και ενεργειακά αποδοτική μέθοδο αποπάγωσης των πάντων, από αυτοκίνητα και φτερά αεροπλάνων έως οικιακές αντλίες θερμότητας.
Οδηγός δώρων διακοπών 2025
VIA: popsci.com
