I ricercatori della Scuola di Ingegneria dell’Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong, hanno sviluppato un dispositivo di refrigerazione ecologico con prestazioni di raffreddamento da record mondiale, ponendo le basi per la trasformazione delle industrie che dipendono dal raffreddamento e per la riduzione globale del consumo energetico.
La nuova tecnologia di raffreddamento elastocalorica con un aumento dell’efficienza di oltre il 48%, apre una strada promettente per accelerare la commercializzazione di questa dirompente tecnologia e affrontare le sfide ambientali associate ai tradizionali sistemi di raffreddamento.
La tecnologia di refrigerazione tradizionale a compressione di vapore si basa su refrigeranti ad alto potenziale di riscaldamento globale. La refrigerazione elastocalorica a stato solido, basata sul calore latente nella transizione di fase ciclica delle leghe a memoria di forma (SMA), offre un’alternativa ecologica, grazie alle sue caratteristiche di refrigeranti SMA privi di gas serra, riciclabili al 100% ed efficienti dal punto di vista energetico.
L’escursione termica relativamente ridotta tra 20 e 50 K, è un indicatore critico della capacità del dispositivo di raffreddamento di trasferire il calore da una sorgente a bassa temperatura a un dissipatore ad alta temperatura, ha ostacolato la commercializzazione di questa emergente tecnologia.
Il team di ricerca guidato dal Prof. Sun Qingping e dal Prof. Yao Shuhuai del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, per superare questa sfida, ha sviluppato un dispositivo di raffreddamento elastocalorico a cascata multimateriale, realizzato con leghe a memoria di forma di nichel-titanio (NiTi), in questo modo è stato battuto il record mondiale di prestazioni di raffreddamento.
Il team di ricerca ha scelto tre leghe di NiTi con diverse temperature di transizione di fase per operare rispettivamente all’estremità fredda, all’estremità intermedia e all’estremità calda. Facendo coincidere le temperature di lavoro di ciascuna unità con le corrispondenti temperature di transizione di fase, la finestra di temperatura superelastica dell’intero dispositivo, è stata ampliata a oltre 100 K, ciascuna unità NiTi ha funzionato all’interno del suo intervallo di temperatura ottimale, migliorando in modo significativo l’efficienza di raffreddamento.
Il dispositivo di raffreddamento elastocalorico a cascata multi-materiale, sul lato dell’acqua ha raggiunto un innalzamento della temperatura di 75 K, superando il precedente record mondiale di 50,6 K. La loro ricerca, intitolata “A Multi-Material Cascade Elastocaloric Cooling Device for Large Temperature Lift”, è stata pubblicata nella rivista Nature Energy.
Il team di ricerca sulla base del successo ottenuto nello sviluppo di materiali e architetture per il raffreddamento elastocalorico, forte di numerosi brevetti e articoli pubblicati su riviste autorevoli, intende sviluppare ulteriormente leghe a memoria di forma ad alte prestazioni e dispositivi per il raffreddamento elastocalorico sotto zero, e per applicazioni di pompaggio di calore ad alta temperatura. Il team di ricerca per favorire la commercializzazione di questa innovativa tecnologia, continuerà a ottimizzare le proprietà dei materiali e a sviluppare sistemi di refrigerazione ad alta efficienza energetica.
Il raffreddamento e il riscaldamento degli ambienti a livello mondiale, rappresentano il 20% del consumo totale di elettricità, secondo le stime del settore, si prevede che entro il 2050 diventeranno la seconda fonte di domanda globale di elettricità.
Il Prof. Sun Qingping in conclusione ha affermato:
«In futuro, con il continuo progresso della scienza dei materiali e dell’ingegneria meccanica, siamo fiduciosi che la refrigerazione elastocalorica dal punto di vista energetico di prossima generazione, possa fornire soluzioni di raffreddamento e riscaldamento ecologiche ed efficienti per alimentare l’enorme mercato mondiale della refrigerazione, affrontando l’urgente compito di decarbonizzazione e mitigazione del riscaldamento globale».
