L’Ames Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti sta impiegando un dispositivo di test che combina la scienza dei materiali con lo sviluppo di sistemi ingegneristici. Chiamato CaloriSMART (Caloric Small-scale Modular Advanced Research Test-stand), il sistema, unico nel suo genere, viene utilizzato per testare rapidamente nuovi materiali che potrebbero eventualmente far parte di un tipo completamente nuovo di tecnologia di refrigerazione per il XXI secolo e oltre.
Rendere sostenibile il raffreddamento è una delle questioni più urgenti di una popolazione globale in rapida crescita e delle conseguenti preoccupazioni ambientali.´
«Il raffreddamento del ciclo di compressione del gas è lo standard utilizzato oggi; una tecnologia molto vecchia e molto matura» afferma Lucas Griffith, ricercatore post-doc. «Stiamo raggiungendo il punto in cui abbiamo bisogno di una rivoluzione che potrebbe spingersi oltre i limiti della refrigerazione tradizionale e pensiamo che il raffreddamento magnetocalorico abbia questa capacità».
Un sistema di raffreddamento magnetocalorico utilizza un solido attivo e si basa su fenomeni termici reversibili per fornire raffreddamento e riscaldamento quando un campo magnetico intorno al solido varia. Negli ultimi 20 anni, gli scienziati dei materiali hanno cercato composti in grado di generare forti effetti termici quando ciclicamente sollecitati. Trovare promettenti materiali magnetocalorici è una sfida per la scienza in cui Ames Laboratory è stato un leader fin dall’inizio, quando il responsabile del progetto Vitalij Pecharsky ha scoperto l’effetto magnetocalorico nel 1996 del materiale Gadolinio-Silicio-Germanio.
Ma alla questione di come questi materiali funzioneranno in un vero e proprio sistema di refrigerazione è meglio rispondere attraverso l’ingegneria, ed è qui che entra in gioco il dispositivo CaloriSMART.
«Siamo sempre stati pionieri in termini di scoperta dei materiali per questa tecnologia» ha affermato Pecharsky «Ma nel corso del tempo ci siamo resi conto che una cosa che è davvero importante per il progresso di questa tecnologia è la connessione tra la scoperta dei materiali e l’ingegneria dei sistemi. La ricerca in questi due settori deve andare di pari passo per avere successo. Abbiamo costruito CaloriSMART tre anni fa e questo ha messo Ames in un posto unico nello sviluppo di questa tecnologia».
Il dispositivo è in grado di testare le capacità di raffreddamento dei materiali utilizzando piccole quantità in poche ore ed è abbastanza flessibile da testare lo stesso materiale in forme diverse. Il dispositivo ha già dimostrato risultati che suggeriscono le prestazioni previste di un sistema su larga scala e ha aiutato gli scienziati a scoprire un nuovo modo di valutare le prestazioni dei sistemi magnetocalorici, il quoziente di potenza exergetico.
Approssimativamente paragonabile aL SEER, l’attuale standard di settore per spiegare l’efficienza energetica nell’attuale tecnologia di compressione del gas, l’idea alla base del quoziente di potenza exergetico è stata suggerita da Julie Slaughter, scienziata del progetto, e una delle designer di CaloriSMART.
«Dobbiamo essere in grado di vedere quanto bene stiamo usando la componente più costosa del sistema, il campo magnetico» ha affermato Julie Slaughter. «Avere una metrica con cui possiamo confrontare le prestazioni di questi sistemi, rende più facile determinare se stiamo ottenendo le massime prestazioni dal materiale o se dobbiamo guardare alle inefficienze nel Sistema»
La ricerca è ulteriormente discussa nel document dal titolo “CaloriSMART: Small-scale test-stand for rapid evaluation of active magnetic regenerator performance“, scritto da Lucas Griffith, Agata Czernuszewicz, Julie Slaughter e Vitalij Pecharsky e pubblicato sulla rivista Energy Conversion and Management.
