I ricercatori finanziati dall’UE, sfruttando l’effetto magneto-calorico, hanno affinato le esistenti tecnologie di raffreddamento magnetico per utilizzare in modo efficiente gli elementi delle terre rare, i quali vantano proprietà magnetiche uniche.
La tecnologia di raffreddamento più comune si basa sulla compressione di vapore e coinvolge la transizione di fase di un refrigerante da liquido a gas e viceversa. Sebbene costituisca una tecnologia matura, è caratterizzata – talora – da efficienza energetica piuttosto bassa. Inoltre, le sostanze utilizzate saranno soggette a divieto, in futuro.
Negli ultimi anni, svariate nuove tecnologie sono state proposte come alternative per refrigerazione, aria condizionata e generazione di potenza uniforme. Il raffreddamento magnetico (chiamato anche magneto-calorico) è stato studiato come alternativa con la migliore efficienza energetica ottenuta a livello sperimentale.
Il progetto DRREAM (Drastically reduced use of rare earths in applications of magnetocalorics), finanziato dall’UE e a cui ha partecipato anche l’Italia, si è focalizzato su innovazioni tecnologiche necessarie per il raffreddamento magnetico, con lo scopo di raggiungere nicchie di mercato specifiche. I ricercatori non si aspettavano il superamento della tecnologia di compressione del vapore.
Nel raffreddamento magnetico, applicando un campo magnetico, il materiale di lavoro si riscalda. Questo processo è analogo alla fase di compressione che avviene con la refrigerazione mediante compressione del vapore. Il calore generato, dovuto all’effetto magneto-calorico, deve quindi essere allontanato (analogamente alla condensazione).
In precedenza, il materiale che veniva maggiormente considerato per il raffreddamento magnetico era il gadolinio, un metallo relativamente raro, il quale è anche un forte ferromagnete. Il team DRREAM ha studiato i composti La(FeSi)13 e i rispettivi idruri, candidati maggiormente promettenti per il raffreddamento magnetico a temperatura ambiente.
La ricerca del progetto DRREAM per il materiale più adatto ha portato allo sviluppo di strumenti avanzati sullo studio delle transizioni di fase relative alle leghe di ferro contenenti lantanio, nonché all’ottenimento di materiali privi di terre rare. Grazie all’utilizzo della diffrazione neutronica ad alta risoluzione, sono state testate teorie ab initio in relazione al magnetismo a temperatura ambiente.
In particolare le parti prodotte utilizzando diverse tecniche sono state analizzate in relazione a proprietà di generazione dell’energia magneto-termica. I ricercatori hanno dimostrato il funzionamento di rigeneratori in grado di offrire un miglioramento del 50 % nelle prestazioni di raffreddamento dei frigoriferi.
Come risultato finale, il progetto ha prodotto una diminuzione della quantità di terre rare utilizzate nei futuri frigoriferi magnetici. Nello specifico, un significativo miglioramento nella comprensione dei materiali magneto-calorici privi di terre rare promette di ridurre sia l’uso di materie prime che i costi della tecnologia futura.
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