I ett nötskal: Traditionella luftkonditioneringsapparater och värmepumpar använder köldmediegas för att kyla ner eller värma upp hem och byggnader, vilket medför potentiella skador på miljön. Ett team av europeiska forskare försöker lösa problemet genom att använda nya, experimentella material gjorda av keramik.
En studie som nyligen publicerades i Science beskriver ett nytt “elektrokaloriskt” material, en luftkonditioneringsteknik designad för att utföra sina kylnings- (eller uppvärmningsuppgifter) utan att använda farliga eller potentiellt förorenande gaser. Genom att kombinera ett antal befintliga tekniker har forskare från Luxembourg Institute of Science and Technology i Belvaux utvecklat en ny prototyp baserad på keramik med en stark elektrokalorisk effekt.
Ett elektrokaloriskt system värms upp när det utsätts för elektriska fält, eftersom elektriskt obalanserade atomer i materialet tvingas anpassa sig i en enda riktning som i en hårkam. Entropinivåerna minskar, och de inriktade atomerna börjar vibrera snabbare, vilket gör att temperaturen stiger.
Den nya prototypen använder en vätska som strömmar mellan plattor av det keramiska materialet för att ta bort den extra värmen. Om det elektriska fältet stängs av, vänds effekten genom att materialet blir kallare än omgivningstemperaturen och tar bort värme från vätskan. Och då kan cykeln börja igen.
Den elektrokaloriska prototypen har visat “superlativ prestanda”, materialforskare Neil Mathur vid University of Cambridge anmärkningar. När det används i ett kylskåp eller en luftkonditionering, skulle det nya materialet användas för att sprida värme utanför en byggnad samtidigt som den inre miljön hålls kall. Omvänt skulle en värmepump kyla ner den yttre miljön genom att utvinna värme från den och föra in den.
Befintliga konditioneringssystem är mycket effektiva, men de behöver köldmedier som fluorkolväten eller ammoniak, vilket kan ha direkta och indirekta växthuseffekter. Den elektrokaloriska prototypen har inget behov av farliga gaser, och den kan även tillverkas i mindre, enklare formfaktorer eftersom den tar bort behovet av en kompressor.
Trots att den visar några anmärkningsvärda egenskaper är prototyptekniken ännu inte redo för kommersialisering. De luxemburgska forskarna måste förfina tekniken ytterligare och öka effektiviteten hos det nya materialet. Att göra den elektrokaloriska värmepumpen konkurrenskraftig med den som används i befintliga luftkonditioneringssystem är deras främsta prioritet just nu.
