Στο MIT μια ομάδα ερευνητών εργάζεται πάνω σε ένα φιλόδοξο project που θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο διαχειριζόμαστε τη θερμότητα, όχι μόνο στη Γη, αλλά και στο Διάστημα. Επικεφαλής της έρευνας είναι ο Marco Graffiedi, υποψήφιος διδάκτορας στο Τμήμα Πυρηνικής Επιστήμης και Μηχανικής του MIT, ο οποίος εστιάζει σε ένα φαινόμενο γνωστό ως quenching: μια διαδικασία ταχείας μεταφοράς θερμότητας που μπορεί να απομακρύνει ενέργεια με ταχύτητα πρωτοφανή στην επιστημονική κοινότητα.
Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε μελλοντικά να καταστήσει εφικτό τον ανεφοδιασμό διαστημοπλοίων απευθείας σε τροχιά, ένα κρίσιμο βήμα για προγράμματα όπως το Starship της SpaceX, που στοχεύει να κάνει εφικτά τα ταξίδια στη Σελήνη και, μακροπρόθεσμα, στον Άρη. Όμως το quenching δεν προορίζεται μόνο για το Διάστημα. Η ίδια αρχή έχει εφαρμογές στη Γη, από τα συστήματα ψύξης πυρηνικών αντιδραστήρων έως τα data centers υψηλών επιδόσεων που πνίγονται από τη θερμότητα των υπολογιστικών διεργασιών.
Στην καρδιά του προβλήματος βρίσκεται το λεγόμενο φαινόμενο Leidenfrost. Όταν ένα εξαιρετικά ψυχρό υγρό, όπως τα κρυογονικά καύσιμα που χρησιμοποιούν οι πύραυλοι, έρχεται σε επαφή με μια καυτή επιφάνεια, σχηματίζεται ένα λεπτό στρώμα ατμού ανάμεσά τους. Αυτό το «μαξιλαράκι» ατμού δρα ως μονωτικό, εμποδίζοντας την αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας και μειώνοντας έτσι τη συνολική απόδοση της ψύξης.
Ο Graffiedi και η ομάδα του αναπτύσσουν μεθόδους που επιταχύνουν την εξάτμιση αυτού του στρώματος ατμού, επιτρέποντας στο ψυκτικό υγρό να έρθει σε άμεση επαφή με την επιφάνεια και να απορροφήσει θερμότητα πιο γρήγορα. Ουσιαστικά, προσπαθούν να εξουδετερώσουν τη φυσική «ασπίδα» που καθιστά τα κρυογονικά συστήματα λιγότερο αποτελεσματικά.
Η μελέτη, η οποία χρηματοδοτείται εν μέρει από τη NASA, έχει σαφή πρακτική αξία. Στις διαστημικές αποστολές, τα καύσιμα σε υγρή μορφή πρέπει να διατηρούνται σε ακριβώς καθορισμένη θερμοκρασία. Ακόμη και μικρές θερμικές διακυμάνσεις μπορούν να προκαλέσουν την εξάτμιση μέρους του καυσίμου, αυξάνοντας την πίεση στις δεξαμενές και αναγκάζοντας τα σκάφη να απελευθερώσουν αέρια για λόγους ασφαλείας. Αυτή η διαδικασία συνεπάγεται απώλεια καυσίμου και, κατά συνέπεια, μειωμένη αυτονομία.
Αν το quenching μπορούσε να εφαρμοστεί αποτελεσματικά στο Διάστημα, θα επέτρεπε στις δεξαμενές καυσίμου να παραμένουν σταθερές θερμοκρασιακά χωρίς απώλειες. Με άλλα λόγια, οι αποστολές θα μπορούσαν να επανατροφοδοτούνται σε τροχιά χωρίς σπατάλη, καθιστώντας εφικτές μακρύτερες και πιο αποδοτικές αποστολές στον Άρη ή ακόμα και πέρα από αυτόν.
Ο Graffiedi, ωστόσο, δεν περιορίζεται στη διαστημική έρευνα. Παράλληλα, πειραματίζεται με τη χρήση διηλεκτρικών υγρών, μη αγώγιμων ουσιών που μπορούν να απορροφούν θερμότητα μέσω βρασμού, για την ψύξη των data centers. Με την εκρηκτική ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης, οι υπολογιστικές απαιτήσεις (και η θερμότητα που αυτές παράγουν) αυξάνονται ραγδαία, καθιστώντας τα παραδοσιακά συστήματα ψύξης ανεπαρκή.
Το βασικό όριο αυτών των τεχνολογιών είναι μια παράμετρος γνωστή ως κρίσιμη ροή θερμότητας (CHF), η οποία καθορίζει το μέγιστο ποσό θερμότητας που μπορεί να απομακρυνθεί προτού η ψύξη γίνει αναποτελεσματική. Στα πειράματά του, ο Graffiedi απέδειξε ότι η εφαρμογή ισχυρών ηλεκτρικών πεδίων μπορεί να αυξήσει σημαντικά το CHF, επιτρέποντας έτσι πιο αποτελεσματική και ανεξάρτητη από τη βαρύτητα ψύξη.
Αυτό δεν αφορά μόνο τους υπερυπολογιστές. Η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε να βρει εφαρμογή σε ηλεκτρικά οχήματα, δορυφορικά συστήματα και φορητές ενεργειακές υποδομές. Σε περιβάλλοντα όπου η βαρύτητα είναι περιορισμένη ή ανύπαρκτη, όπως στο διάστημα, η ψύξη μέσω ηλεκτρικά ελεγχόμενων ρευστών θα μπορούσε να γίνει το πρότυπο.
Οι προβλέψεις δείχνουν πόσο επιτακτική είναι αυτή η ανάγκη. Σύμφωνα με πρόσφατη έκθεση της Goldman Sachs, η κατανάλωση ενέργειας που σχετίζεται με εφαρμογές AI ενδέχεται να αυξηθεί κατά 165% έως το 2030. Τα σημερινά data centers ήδη αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό ποσοστό της παγκόσμιας ενεργειακής ζήτησης, και καθώς τα μοντέλα γίνονται πιο πολύπλοκα, η ανάγκη για νέους τρόπους απομάκρυνσης θερμότητας γίνεται ζωτικής σημασίας.
Η έρευνα του MIT στοχεύει να καλύψει αυτό το κενό, προσφέροντας λύσεις που δεν περιορίζονται από τη βαρύτητα ή το περιβάλλον. Μια τεχνολογία ψύξης που θα μπορούσε να λειτουργεί το ίδιο αποτελεσματικά σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, σε ένα data center ή σε ένα διαστημικό σκάφος ανοίγει τον δρόμο για ένα πιο αποδοτικό ενεργειακό μέλλον, στη Γη και πέρα από αυτήν.
[source]
