Elke winter brengt vorst ongewenste verstoringen met zich mee – van ijskoude voorruiten tot bevroren warmtepompen. Traditionele ontdooimethoden zijn afhankelijk van energie-intensieve verwarming of chemicaliën die schadelijk zijn voor het milieu. Nu stellen onderzoekers van Virginia Tech een meer innovatieve oplossing voor: elektrostatisch ontdooien (EDF).
Deze methode is geïnspireerd op de kleine elektrische ladingen die al in de vorst zelf aanwezig zijn. Universitair hoofddocent Jonathan Boreyko en zijn team geloven dat ze deze natuurlijke elektrische stromen kunnen gebruiken om ijs te verwijderen zonder toevlucht te nemen tot hitte of agressieve chemicaliën. Hun eerdere werk toonde aan hoe het gebruik van een kleine spanning waterfilms in de buurt van vorst kon polariseren, waardoor microscopisch kleine ijskristallen loskwamen.
EDF bouwt voort op dit concept door een veel sterkere spanning aan te leggen op een elektrode die boven de vorst is geplaatst. Het idee is dat dit de elektrische polarisatie binnen de vorst verder zal intensiveren. Deze verhoogde polarisatie zorgt voor een sterke aantrekkingskracht tussen de rijp en de elektrode, waardoor de ijskristallen breken en van het oppervlak “springen”.
Bij het testen van hun theorie zag het team bemoedigende eerste resultaten: zelfs zonder enige aangelegde spanning verwijderde een koperen plaat die boven de vorst werd geplaatst ongeveer 15% ervan vanwege het natuurlijke vermogen van de vorst om zwak zelfpolariserend te zijn. Het toepassen van 120 volt verhoogde dit verwijderingspercentage aanzienlijk tot 40%, en het verder verhogen van de spanning tot 550 volt resulteerde in een vermindering van de vorst met 50%.
De zaken namen echter een onverwachte wending toen de onderzoekers de spanning nog hoger verhoogden. In plaats van de prestaties voortdurend te verbeteren, nam de vorstverwijdering zelfs af bij spanningen boven 1.100 volt. Dit bracht het team in verwarring, omdat hun theoretische model een continue verbetering met een hogere spanning voorspelde.
De boosdoener bleek het lekken van lading van de gepolariseerde vorst naar het onderliggende oppervlak waarop het groeide. Testen op een meer isolerend glassubstraat onthulden dat dit lekprobleem minder uitgesproken werd bij hoge spanningen. Door over te schakelen op een ‘luchtvangend superhydrofoob’ substraat – een zeer waterafstotend materiaal – werd het probleem volledig opgelost, waardoor ze de verwachte resultaten konden bereiken.
Bij 5.500 volt, de hoogste spanning die op dit nieuwe substraat werd getest, werd maar liefst 75% van de rijp verwijderd, waardoor zelfs een verborgen Virginia Tech-logo zichtbaar werd dat verborgen was onder het ijs!
Hoewel EDF zich nog in de beginfase bevindt, is het veelbelovend als toekomstig alternatief voor traditionele ontdooimethoden. Het heeft het potentieel om aanzienlijk kosteneffectiever, milieuvriendelijker en energie-efficiënter te zijn. De volgende stappen voor het team van Boreyko omvatten testen op verschillende oppervlakken en het nog verder verhogen van de ijsverwijderingspercentages, waarbij uiteindelijk wordt gestreefd naar 100% ijsverwijdering.
