Uma descoberta de 1917 torna-se viável para o futuro. Uma equipe de pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Técnicas de Medição Física IPM está desenvolvendo sistemas de resfriamento magnetocalórico eficientes que sobrevivem sem refrigerantes prejudiciais. Os pesquisadores esperam atingir 50% do nível máximo de eficiência com seu processo. Os sistemas magnetocalóricos existentes comparáveis ​​alcançam apenas aproximadamente 30 por cento.

Muitos grupos de pesquisa em todo o mundo estão trabalhando em refrigeradores, sistemas de refrigeração industrial e condicionadores de ar que bombeiam calor usando materiais magnetocalóricos. O ciclo de aquecimento e resfriamento gerado pela magnetização é perfeitamente adequado para resfriamento. O físico Dr. Kilian Bartholomé e sua equipe no Fraunhofer IPM em Freiburg, Alemanha, estão usando essa tecnologia para desenvolver um conceito de condutividade térmica extremamente eficiente que elimina a necessidade de refrigerantes prejudiciais ao meio ambiente.

Há uma grande demanda por tecnologias de refrigeração inovadoras, já que os hidrofluorcarbonos convencionais (HFCs) usados ​​hoje são poderosos gases de efeito estufa. Por esta razão, a UE restringiu significativamente o uso de HFCs. Existem alternativas para os HFCs, como os refrigerantes naturais butano e propano, que são usados, por exemplo em refrigeradores domésticos. Esses gases são inflamáveis, mas não é considerado perigoso nas quantidades usadas em refrigeradores domésticos. Ainda, eles não são uma opção viável para sistemas de resfriamento maiores, como os encontrados em supermercados. A indústria está trabalhando em refrigerantes alternativos, mas ainda não apresentou soluções convincentes.

Liga de lantânio-ferro-silício ecologicamente correta como um material magnetocalórico

Um sistema de resfriamento magnetocalórico não requer nenhum refrigerante prejudicial. Os pesquisadores estão usando uma liga de lantânio-ferro-silício ecologicamente correta como material magnetocalórico, que aquece quando um campo magnético é aplicado e esfria quando o campo é removido. Kilian Bartholomé e sua equipe desenvolveram e patentearam um procedimento especial para transferir o calor produzido.

O sistema de resfriamento de Bartholomé faz uso de calor latente, isto é, a energia necessária para que um líquido se transforme em vapor. "Uma vez que a água absorve muita energia quando muda do estado líquido para o gasoso, usamos o processo de evaporação para transferir o calor, "diz o físico." Este é um meio altamente eficiente de transferir a energia térmica. "

Ao decidir usar o processo de evaporação para transporte de calor, Kilian Bartholomé e seu colega Jan König foram inspirados pelos tubos de calor usados, por exemplo, como coletores de tubos em sistemas de energia solar e para resfriar computadores. Um tubo de calor é um contêiner evacuado, onde uma pequena quantidade de fluido foi encerrada. Se um lado do tubo for aquecido, o fluido evapora neste lado aquecido e condensa novamente no lado frio. Taxas de transmissão de calor muito altas são alcançadas no processo.

O tubo de calor magnetocalórico sendo desenvolvido na Fraunhofer IPM, Contudo, é significativamente mais complexo. Consiste em muitas pequenas câmaras contendo o material magnetocalórico. A liga tem uma estrutura finamente porosa para que possa ser penetrada de forma ideal pelo vapor de água. O método para produzir a liga porosa é o trabalho da Dra. Sandra Wieland e Dr. Martin Dressler no Instituto Fraunhofer para Tecnologia de Fabricação e Materiais Avançados IFAM.

Novo recorde mundial para sistemas de resfriamento magnetocalórico

Para aumentar ainda mais a eficiência, Bartholomé organiza os segmentos do tubo de calor em um padrão circular e coloca um ímã giratório no meio. A expectativa é de que o demonstrador gere 300 watts de potência até o final do ano. A título de comparação:o compressor de uma geladeira doméstica produz de 50 a 100 watts de potência. O sistema atual já opera em uma frequência muito alta. Os pesquisadores em Freiburg planejam usar o demonstrador para quebrar um recorde mundial para sistemas de resfriamento magnetocalórico no que diz respeito à frequência do sistema. O objetivo de longo prazo é atingir 50% do nível teórico de eficiência máxima. Os sistemas existentes comparáveis ​​alcançam aproximadamente 30 por cento.

Os players da indústria já estão expressando grande interesse na pesquisa, por exemplo, Philipp Kirsch GmbH, que fabrica refrigeradores especiais para laboratórios médicos, farmácias e hospitais. A antiga empresa alemã está trabalhando junto com Fraunhofer IPM em um projeto patrocinado pelo Ministério Federal Alemão de Economia e Tecnologia (BMWi). "Queremos colocar uma unidade de -86 graus negativos no mercado com base em magnetocalórica, "diz o CEO Jochen Kopitzke." A magnetocalórica tem um grande potencial de interrupção e pode ser capaz de substituir o resfriamento baseado em compressor em médio prazo. Vemos aqui um mercado em claro desenvolvimento no qual podemos penetrar. "

Magnetocalórica - O longo caminho para a aplicação

A magnetização pode ser usada para aquecer materiais magnetocalóricos, no entanto, apenas dentro de uma faixa estreita de temperatura, que é específica para cada material. Quando um campo magnético é aplicado a essas temperaturas, os momentos magnéticos se orientam na direção do campo magnético. Isso gera energia térmica, aquecimento do material.

O ferro exibe o efeito magnetocalórico a aproximadamente 750 ° C, e níquel em torno de 360 ​​° C. Há apenas um elemento que pode ser aquecido usando magnetocalóricos em temperatura ambiente:gadolínio, um metal muito raro e, portanto, extremamente caro.

Foi só no final da década de 1990 que foram desenvolvidas ligas que são magnetocalóricas à temperatura ambiente e que podem ser produzidas de maneira econômica em escala industrial. Uma delas é a liga de lantânio-ferro-silício usada pelo grupo de trabalho da Fraunhofer IPM.