Ciclo a compressione di vapore? Mettiamolo in discussione

Credits: Ames Laboratory

La refrigerazione a compressione di vapore è sicuramente la tecnologia piu diffusa per produrre freddo (o caldo, in certe configurazioni). È una tecnologia molto matura, relativamente poco costosa da produrre ma che probabilmente ha raggiunto il suo limite teorico in termini di potenziale di efficienza energetica. Visti i consumi energetici che le si addebitano a livello mondiale e visto l’esplodere che si prevede di impianti per la produzione del freddo, qualcuno inizia a pensare che, forse, occorra un nuovo sistema, una nuova tecnologia per produrre il freddo.

Cosi succede che un gruppo di scienziati e ingegneri dell’Ames Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti inizi a pensare che la refrigerazione potrebbe essere radicalmente migliorata – resa più economica, pulita ed efficiente dal punto di vista energetico – abbandonando la compressione del vapore per qualcosa di completamente nuovo: un sistema calorico allo stato solido.

I sistemi calorici allo stato solido si basano sui fenomeni termici reversibili per fornire raffreddamento e riscaldamento quando un campo magnetico, elettrico o elastocalorico varia. L’idea che i sistemi calorici potrebbero essere utilizzati in sostituzione della tecnologia di refrigerazione tradizionale non è in realtà nulla di nuovo. Negli ultimi 20 anni, gli scienziati dei materiali hanno cercato composti in grado di generare forti effetti di raffreddamento quando sollecitati ciclicamente. Ulteriori guadagni di efficienza possono anche essere realizzati combinando diversi di questi fenomeni calorici insieme, qualcosa non offerto dalla compressione del vapore.

«È come sostituire la lampadina a incandescenza con una lampadina a LED. Questa nuova tecnologia potrebbe avere un impatto simile, ma con il potenziale per raggiungere il risultato in modo completamente diverso e ancora più efficiente e sostenibile» ha dichiarato il responsabile del progetto Vitalij Pecharsky, scienziato di Ames Lab e della Iowa State University. «Siamo in ritardo per lo stesso tipo di cambiamento nelle industrie della refrigerazione e delle pompe di calore». E sebbene esistano molti materiali e sistemi promettenti, il costo rimane una grande barriera per l’adozione diffusa da parte di produttori e consumatori di queste nuove tecnologie.

Ames Laboratory è impegnato in questo ambito di ricerca dei materiali calorici già dal 1997 e ha guadagnato cinque brevetti per la sola scoperta dei materiali. Ora starivolgendo la sua attenzione allo sviluppo di materiali e sistemi.

Lo sforzo di ricerca mira a ridurre i costi dei sistemi calorici aumentando la densità di potenza dei sistemi magnetocalorici ed elastocalorici. Nei sistemi magnetocalorici, essere in grado di produrre maggiori effetti di raffreddamento in un campo magnetico più piccolo è la chiave per controllare i costi. Nei sistemi elastocalorici, ridurre il campo di sollecitazione a valori più piccoli, riduce sia le dimensioni che il costo dell’attuatore e prolunga la durata del materiale attivo. Inoltre, ha detto Pecharsky, controllare le perdite energetiche del sistema attraverso l’ingegneria intelligente sarà vitale.

«Sappiamo che è fattibile. È stato dimostrato molte volte. Ma sappiamo anche che il vero ostacolo che impedisce il salto nella tecnologia commercializzabile è la convenienza ed è quello che stiamo affrontando ora» afferma Pecharsky.

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