Przełom w elastokalorykach. Mają zastąpić pompy ciepła
Technologia elastokaloryków wchodzi w kolejny etap rozwoju, a jej rzeczywista komercyjna konkurencyjność względem tradycyjnych pomp ciepła staje się coraz bardziej realna. Czy zastąpienie pomp ciepła elastokalorykami to już tylko kwestia czasu?
Zespół naukowców z Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) opracował pierwszy na świecie elastokaloryczny system chłodzenia o mocy przekraczającej 1 kW, co może przyśpieszyć pracę nad rozwojem energooszczędnych i bezemisyjnych technologii klimatyzacyjnych i grzewczych.
Dotychczasowe urządzenia elastokaloryczne nie były w stanie przekroczyć granicy 300 W mocy chłodniczej. Nowe rozwiązanie opracowane przez HKUST osiąga aż 1284 W mocy, co po raz pierwszy zbliża tę technologię do zastosowań praktycznych w systemach klimatyzacyjnych.
Na czym polega elastokaloryczność?
Chłodzenie elastokaloryczne wykorzystuje efekt termomechaniczny występujący w stopach z pamięcią kształtu (SMA), takich jak stop niklu i tytanu (NiTi). Zamiast sprężania czynnika chłodniczego, elastokaloryki bazują na cyklicznym odkształcaniu sprężystym materiałów, które podczas przemiany fazowej wydzielają i pochłaniają ciepło, co pozwala stworzyć cykl chłodzenia bez użycia czynnika chłodniczego. Takie podejście eliminuje emisje gazów cieplarnianych oraz elementy mechaniczne typowe dla sprężarkowych układów chłodniczych.
W najnowszym urządzeniu opisanym przez naukowców z HKUST zastosowano architekturę typu „SMAs in series – fluid in parallel”, w której połączono szeregowo dziesięć jednostek chłodniczych, przy czym w każdej jednostce umieszczono cztery cienkościenne rurki ze stopu tytanu i niklu (o łącznej masie 104,4 g). Cienkościenne rurki mają bardzo wysoki stosunek powierzchni do objętości (7,51 mm⁻¹), co znacząco poprawia wymianę ciepła. Czynnik chłodzący (zamiast wody destylowanej) stanowi grafenowa nanociecz o stężeniu 2 g/l, która zapewnia o 50% lepszą przewodność cieplną w porównaniu do tradycyjnych płynów. Jej cząstki mają średnicę 0,8 µm (mikrometra) i nie zagrażają zatykaniu kanałów (szerokość: 150–500 µm).
Testy praktyczne
System pracuje z częstotliwością 3,5 Hz, co znacząco podnosi tempo cykli chłodzenia. W rezultacie uzyskano specyficzną moc chłodzenia na poziomie 12,3 W/g, a także całkowitą moc chłodzenia 1284 W, zachowując przy tym stabilność działania przez co najmniej 500 tys. cykli.
W warunkach rzeczywistych urządzenie zostało przetestowane w modelowym domku o kubaturze 2,7 m3, ustawionym na zewnątrz w temperaturze 30–31 st. C. W rezultacie działania układu testowego chłodzenie wnętrza modelowego domku do okolic 21–22 st. C zajęło około 15 minut, co potwierdza potencjał technologii do zastosowań domowych i komercyjnych.
Co dalej?
Profesor Sun Qingping, współautor badania, podkreślił, że system może być z powodzeniem komercjalizowany i już trwają rozmowy z przemysłem. W przyszłości możliwe będzie m.in. zastosowanie innych materiałów elastokalorycznych oraz zoptymalizowanie napędu mechanicznego (np. rotacyjnego), co może jeszcze bardziej zwiększyć wydajność i skrócić czas chłodzenia.
Wyniki dotychczasowych prac grupy badawczej zostały opisane w artykule naukowym: „Achieving kilowatt-scale elastocaloric cooling by a multi-cell architecture” opublikowanym w czasopiśmie Nature.
.
.
O elastokalorych głośno również w Niemczech
W Europie nad zastosowaniem elastokaloryków do ogrzewania pracują niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Kraju Saary.
Na tegorocznych targach Hannover Messe 2025 zaprezentowano system wykorzystujący elastokaloryki, którego wydajność ma być nawet 5-krotnie wyższa od pomp ciepła. Za opracowanie układu odpowiedzialny ma być zespół z Uniwersytetu Kraju Saary. Podobnie jak układ, o którym pisaliśmy powyżej, technologia opracowana przez Niemców bazuje na niklowo-tytanowych drutach, które pracują zgodnie z zachowaniem elastokaloryków.
Projekt rozwijany przez naukowców z Uniwersytetu Kraju Saary otrzymał dofinansowanie w wysokości 17 mln euro (około 73 mln zł) z inicjatywy DEPART!Saar oraz 3,5 mln euro z niemieckiego Ministerstwa Gospodarki i Ochrony Klimatu.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
fascynujące, serio!
Pomysł bomba. Ale te oszałamiające 500 tys. cykli to raptem 40 godzin. A co potem?
Moja pompa ciepła natłukła już ponad 20 tys. roboczogodzin i nie zanosi się żeby miała kończyć żywot. Zanim te zgniatane ustrojstwa trafią pod strzechy to zapewnie poczekamy dość długo.
500.000 cykli przy 3,5Hz daje niespełna 40h pracy.
Potem jest zmęczenie materiału i pęka. Kit dla mas – do wprowadzenia do sprzedaży masowej dla koncernów idealny, bo nawet jak poprawią wytrzymałość za cykliczna pracę zmian mechanicznych, toż to sie popsuje po gwarancji, nie naprawisz i kupisz nowe. Czyli koncerny będą nad tym pracować by to wdrożyć
Podali tyle danych technicznych ale nic o COP, trwałości w porównaniu do znanych technologii, czy kosztach zakładając masową produkcję…
Większy potencjał ma pompa magnetyczna ( brak szans na potencjalne zmęczenie materiału co przy elastokalorykach jest niemal PEWNE)
Czasami coś bardziej Eco może okazać się bardziej kosztowne jak już coś działa dobrze to poco kombinować żeby nie było tak jak z autami jak ktoś na siłę będzie nam wciskał takie nowinki.
Napiszą w końcu choć jeden artykuł na ten temat gdzie będą konkrety.
„elastokaloryki bazują na cyklicznym odkształcaniu sprężystym materiałów” – co sprawia to cykliczne odkształcanie, czym jest zasilany mechanizm odkształcania, itd.
Większy potencjał widzę w pompach termo-akustycznych. W nich nie ma co się zużywać a trwałość będzie na pewno wyższa, niż elastokaloryki.