For planetens skyld, køleteknik har brug for en opdatering

Køling har været så integreret en del af vores hverdag i så lang tid, at vi sjældent tænker på det. Vores mad er frisk, og vores kontorer og stuer er temperaturkontrollerede takket være dampkompressionsteknologi udviklet for over et århundrede siden, som er blevet en integreret del af lægebehandlingen, transport, militært forsvar, og mere.

Ifølge U.S. Energy Information Administration, næsten en fjerdedel af USA's samlede elforbrug går til køling i en eller anden form. Globalt, FN's miljøprogram anslår, at antallet af køleapparater i drift vil mere end fordobles inden år 2050. Nutidens dampkompressionssystemer flytter varme gennem en lukket kredsløbscyklus ved at komprimere, kondensering, udvider, og fordampning af en kølevæske. Afhængigt af konfiguration og driftstilstand, dampkompressionssystemer kan levere rumkøling og/eller rumopvarmning for at opretholde et behageligt miljø i bygninger. Og selvom dampkompression er en meget moden og en relativt billig teknologi, den har næsten nået sin teoretiske grænse for potentiel energieffektivitet. Vi har brug for nye systemer, der vil forbedre energieffektiviteten til køling.

Af de grunde, en gruppe videnskabsmænd og ingeniører ved det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory er inspireret af ideen om, at køling kan forbedres radikalt - gøres billigere, renere, og mere energieffektiv - ved at opgive dampkompression for noget helt nyt:et faststof kaloriesystem. Solid-state kaloriesystemer er afhængige af de reversible termiske fænomener til at levere køling og opvarmning, når en magnetisk, elektriske, eller stressfeltet varierer, f.eks. magnetokaloriske, elektrokaloriske, og elastokalorisk henholdsvis. Ideen om, at kaloriesystemer kan bruges som erstatning for traditionel køleteknologi, er faktisk ikke noget nyt. I de sidste 20 år, materialeforskere har ledt efter forbindelser, der kan generere stærke køleeffekter, når de cyklisk reagerer på dem. Yderligere effektivitetsgevinster kan også realiseres ved at kombinere flere af disse kaloriefænomener sammen, noget, der ikke tilbydes af dampkompression.

"Det er som at erstatte glødepæren med en LED-pære. Denne nye teknologi kan have en lignende effekt, men med potentialet til at opnå på en helt anden og endnu mere effektiv og bæredygtig måde, " sagde projektleder Vitalij Pecharsky, Ames Lab videnskabsmand og Iowa State University Anson Marston Distinguished Professor of Materials Science and Engineering. "Vi er forsinket til den samme form for forandring i køle- og varmepumpeindustrien." Og selvom der findes mange lovende materialer og systemer, selv til det punkt, at slanke prototypeapparater er blevet rullet ud på industrimesser i de seneste år, omkostninger er fortsat en stor barriere for udbredt producent- og forbrugeradoption.

Ames Laboratory har beskæftiget sig med forskning i kaloriematerialer i lang tid, går tilbage til deres banebrydende opdagelse af den gigantiske magnetokaloriske effekt i 1997, og nuværende forskning har givet dem fem patenter alene inden for materialeopdagelse.

Nu retter de opmærksomheden mod materiale- og systemudvikling.

Forskningsindsatsen har til formål at reducere omkostningerne ved kaloriesystemer ved at øge effekttætheden af ​​magnetokaloriske og elastokaloriske systemer. I magnetokaloriske systemer, at kunne producere øgede køleeffekter i et mindre magnetfelt er nøglen til at kontrollere omkostningerne. I elastokaloriske systemer, reducere stressfeltet til mindre værdier, sænker både størrelsen og prisen på aktuator(er), og forlænger det aktive materiales levetid. Ud over, sagde Pecharsky, styring af systemets energitab gennem smart teknik vil være afgørende.

"Vi ved, at det kan lade sig gøre. Det er blevet demonstreret mange gange. Men vi ved, at den virkelige hindring, der forhindrer springet til salgbar teknologi, er overkommelighed, og det er det, vi tackler i vores nuværende indsats, sagde Pecharsky.