I ricercatori dell’Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong hanno sviluppato un dispositivo di refrigerazione ecologico con altissime prestazioni che potrà contribuire a ridurre il consumo energetico globale.
Una nuova tecnologia di raffreddamento, ideata dall’Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong (HKUST), produce un aumento dell’efficienza dei dispositivi di refrigerazione di oltre il 48 percento consentendo di affrontare le sfide ambientali associate ai sistemi tradizionali.
I ricercatori della HKUST hanno impiegato la refrigerazione elastocalorica allo stato solido basata sul calore latente nella transizione di fase ciclica delle leghe a memoria di forma (SMA) che fornisce un’alternativa rispettosa dell’ambiente, con le sue caratteristiche di refrigeranti SMA privi di gas serra, riciclabili al cento percento ed efficienti dal punto di vista energetico. Ma la commercializzazione di questa tecnologia emergente è stata ostacolata dall’aumento di temperatura (tra 20 e 50 K), che è un indicatore critico delle prestazioni della capacità del dispositivo di raffreddamento di trasferire calore da una fonte a bassa temperatura a un dissipatore ad alta temperatura.
Per superare la sfida, un gruppo di ricerca della HKUST, guidato dai professori SUN Qingping e YAO Shuhuai, ha sviluppato un dispositivo di raffreddamento elastocalorico a cascata multimateriale realizzato con leghe a memoria di forma di nichel-titanio (NiTi) che ha battuto il record mondiale nelle prestazioni di raffreddamento.
Un dispositivo di raffreddamento elastocalorico a cascata multimateriale
Gli scienziati hanno selezionato tre leghe NiTi con diverse temperature di transizione di fase per funzionare rispettivamente all’estremità fredda, all’estremità intermedia e all’estremità calda. Facendo corrispondere le temperature di lavoro di ciascuna unità con le corrispondenti temperature di transizione di fase, la finestra di temperatura superelastica complessiva del dispositivo è stata estesa a oltre 100 K e ciascuna unità NiTi ha funzionato entro il suo intervallo di temperatura ottimale, migliorando significativamente l’efficienza di raffreddamento. Il dispositivo di raffreddamento elastocalorico a cascata multimateriale costruito ha raggiunto un aumento della temperatura di 75 K sul lato acqua, superando il precedente record mondiale di 50,6 K.
Basandosi sul successo nello sviluppo di materiali e architetture di raffreddamento elastocalorico con numerosi brevetti e articoli pubblicati su riviste importanti, il gruppo di ricerca prevede di sviluppare ulteriormente leghe e dispositivi a memoria di forma ad alte prestazioni per il raffreddamento elastocalorico sotto zero e applicazioni di pompaggio di calore ad alta temperatura. Continueranno a ottimizzare le proprietà dei materiali e a sviluppare sistemi di refrigerazione ad alta efficienza energetica per guidare la commercializzazione di questa tecnologia innovativa.
Il raffreddamento e il riscaldamento degli ambienti rappresentano il 20 percento del consumo totale di elettricità a livello mondiale e, secondo le stime del settore, sono destinati a diventare la seconda fonte di domanda globale di elettricità entro il 2050.
“In futuro, con il continuo progresso della scienza dei materiali e dell’ingegneria meccanica, siamo fiduciosi che la refrigerazione elastocalorica possa fornire soluzioni di raffreddamento e riscaldamento di prossima generazione, ecologici ed efficienti dal punto di vista energetico, per alimentare l’enorme mercato mondiale della refrigerazione, affrontando l’urgente compito di decarbonizzazione. e mitigazione del riscaldamento globale” afferma il professor Sun.
