Căldura poate produce frig: răcire elastocalorică cu aliaje cu memorie de formă și mai puțină electricitate — NRG-IA

Aerul condiționat devine una dintre marile sarcini ale sistemelor electrice exact în zilele în care temperaturile ating maximele. Răcirea reprezintă deja aproximativ 10% din consumul anual mondial de electricitate și poate ajunge la circa 30% din cererea de vârf , potrivit Agenției Internaționale pentru Energie. UNEP estimează că, în scenariul actual, cererea globală de răcire s-ar putea mai mult decât tripla până în 2050. În acest context, cercetători de la Karlsruhe Institute of Technology (KIT) și University of Tsukuba au demonstrat o abordare radical diferită: în loc ca electricitatea să producă forța mecanică necesară răcirii, căldura poate produce această forță . Sistemul, prezentat pe 28 august în Nature Energy , folosește două folii extrem de subțiri din aliaje cu memorie de formă. Prima este încălzită și se contractă. Mișcarea sa întinde cea de-a doua folie. Când aceasta este eliberată și revine spre starea inițială, absoarbe căldură și se răcește. Lanțul energetic devine astfel foarte simplu: căldură → mișcare mecanică → frig. În experimentul decisiv, o sursă externă menținută la 130°C a pus în mișcare sistemul, care a produs o diferență stabilă de temperatură de 2,2 K la nivelul dispozitivului și o putere frigorifică specifică de aproximativ 3,32 W pentru fiecare gram de material frigorific activ . Miza depășește mult dispozitivul de laborator. Cercetătorii indică explicit posibilitatea ca un procesor să folosească o parte din propria căldură reziduală pentru răcire, ca electronica unui automobil să valorifice căldura trenului de rulare sau ca energia solară termică și căldura industrială evacuată astăzi să devină surse pentru sisteme frigorifice. Răcirea devine o problemă tot mai mare pentru rețele și pentru factura de electricitate Creșterea necesarului de climatizare schimbă profilul consumului de electricitate. În Uniunea Europeană existau aproximativ 57 de milioane de aparate de aer condiționat pentru încăperi în 2020 , potrivit Comisiei Europene. Până în 2030, numărul lor este estimat să ajungă la aproximativ 104 milioane . În timpul valului de căldură din vara lui 2025, utilizarea intensă a aerului condiționat a contribuit la creșteri ale cererii zilnice de electricitate de până la 14% în unele piețe europene . Problema este concentrarea consumului: milioane de aparate pornesc în aceleași intervale, când temperaturile sunt cele mai ridicate. La scară mondială, UNEP estimează că cererea de răcire s-ar putea mai mult decât tripla până în 2050 în scenariul business-as-usual, iar emisiile asociate ar putea urca la aproximativ 7,2 miliarde de tone CO₂e anual . Orice tehnologie capabilă să mute măcar o parte din energia necesară răcirii de la electricitate către căldură disponibilă deja poate avea astfel o miză mult mai mare decât pare din dimensiunea actualului prototip. Două folii de câteva zeci de micrometri înlocuiesc motorul electric al experimentului Sistemele elastocalorice folosesc materiale care se încălzesc sau se răcesc atunci când sunt deformate mecanic. În noul dispozitiv, materialul care produce efectul frigorific este o folie de TiNiFe, un aliaj de nichel, titan și fier, cu grosimea de aproximativ 26,5 micrometri . Pentru a o întinde este nevoie de forță. În majoritatea prototipurilor elastocalorice, această forță este furnizată de un motor sau un actuator electric. Echipa KIT–Tsukuba a introdus în locul lui o altă folie cu memorie de formă, realizată din TiNi — nichel și titan — și având aproximativ 22 de micrometri grosime . Aceasta funcționează practic ca un mic motor termic. Când este încălzită suficient, structura sa cristalină se transformă, iar folia încearcă să revină la forma memorată. Se contractă și trage mecanic de folia frigorifică. Când temperatura actuatorului scade, forța se reduce, iar folia frigorifică revine. În timpul acestei transformări inverse, materialul absoarbe căldură și se răcește . Sistemul folosește astfel două proprietăți ale aliajelor cu memorie de formă în aceeași succesiune: una transformă căldura în mișcare, cealaltă transformă mișcarea în efect frigorific. Experimentul a produs aproape 13 grade diferență la nivelul materialului În prima configurație, cercetătorii au încălzit electric folia-actuator până la o temperatură medie de aproximativ 86°C . Materialul frigorific a produs atunci o variație de temperatură de până la 12,9 K , iar dispozitivul integrat cu suprafețele de schimb termic a menținut o diferență stabilă de 4,0 K între partea caldă și cea rece. Puterea frigorifică specifică a ajuns în această configurație la aproximativ 4,43 W/g de material frigorific activ . Acest experiment a demonstrat că cele două folii pot funcționa împreună ca un sistem complet de acționare și răcire. A urmat testul esențial pentru noul concept: energia electrică folosită pentru încălzirea actuatorului a fost înlocuită cu o sursă externă de căldură la 130°C . Folia TiNi încălzită a produs o deplasare de aproximativ 300 de micrometri , suficientă pentru a…