Naukowcy właśnie wynaleźli przełomową, bo całkowicie ekologiczną pompę ciepła
Zespół badaczy z Ames National Laboratory, działającego w ramach Departamentu Energii USA, opracował nowoczesną pompę ciepła opartą na efekcie magnetokalorycznym, której szczegóły przedstawiono w publikacji w czasopiśmie Applied Energy. Ta przełomowa technologia, dorównująca wagą, kosztem i wydajnością tradycyjnym systemom opartym na sprężarkach parowych, stanowi obiecującą alternatywę dla aktualnie wszechobecnych, ale najwyraźniej już przestarzałych modeli. Pamiętajmy bowiem, że tradycyjne pompy ciepła oparte na sprężarkach parowych dominują w sektorze ogrzewania i chłodzenia od ponad stu lat.
Czytaj też: Sprawdzili, czy pompa ciepła to naprawdę najtańsze ogrzewanie. Oto fakty i liczby
Tradycyjne pompy mimo swojej niezawodności wykorzystują chłodziwa, które przyczyniają się do globalnego ocieplenia i szkodzą środowisku. Wyciek tych substancji prowadzi do emisji silnych gazów cieplarnianych, co jeszcze bardziej zwiększa ich negatywny wpływ ekologiczny. Dlatego właśnie pompy ciepła wykorzystujące efekt magnetokaloryczny oferują atrakcyjne rozwiązanie w tym zakresie. W przeciwieństwie do systemów sprężarkowych, działają bez szkodliwych chłodziw i zużywają mniej energii, ale do tej pory ich rozwój hamowały ograniczenia związane z kosztami, wagą i wydajnością. Przełom osiągnięty przez wspomniany zespół rozwiązuje te problemy, przybliżając technologię do szerokiego zastosowania.
Czytaj też: Pompa ciepła drogą do bankructwa? Prawda zaskoczy was podwójnie
Kluczowym elementem pomp ciepła opartych na efekcie magnetokalorycznym są materiały magnetokaloryczne, które uwalniają lub pochłaniają ciepło pod wpływem zmieniającego się pola magnetycznego. Urządzenie wykorzystuje magnesy trwałe oraz stal magnetyczną do generowania i kontrolowania pola magnetycznego. Przepływ płynu przez system przenosi ciepło, zapewniając efekt chłodzenia lub ogrzewania. Badacze z kolei skupili się na usprawnieniu projektu poprzez optymalizację wykorzystania materiałów i przestrzeni, co objęło m.in. obracanie magnesów trwałych względem materiału magnetokalorycznego oraz precyzyjne rozmieszczenie stalowych elementów magnetycznych w celu maksymalizacji efektywności. Te zmiany znacząco zwiększyły gęstość mocy systemu przy jednoczesnym obniżeniu kosztów materiałowych.
W badaniach uwzględniono dwa kluczowe materiały magnetokaloryczne, bo zarówno gadolinium, jak i materiał na bazie wodorku lantanu-żelaza-krzemu. Ten pierwszy był używany jako punkt odniesienia ze względu na swoją prostotę, a drugi (bardziej złożony i trudniejszy w pozyskaniu) miał oferować większą gęstość mocy. Badacze zminimalizowali użycie kosztownych materiałów, takich jak gadolinium, koncentrując się na lekkich magnesach trwałych i stali magnetycznej. Pozwoliło to obniżyć całkowity koszt pompy ciepła, jednocześnie zapewniając jej konkurencyjność pod względem wydajności i trwałości, co w efekcie potwierdziło, że opracowane przez naukowców pompy ciepła mogą konkurować z dzisiejszymi sprężarkami parowymi pod względem wagi i efektywności. Dlatego właśnie te osiągnięcia stanowią ważny krok w rozwoju pomp ciepła opartych na efekcie magnetokalorycznym, które w przyszłości mogą zastąpić szkodliwe dla środowiska technologie.