A refrigeração tem sido uma parte integrante de nossa vida cotidiana por tanto tempo que raramente pensamos nela. Nossa comida é fresca e nossos escritórios e salas de estar têm temperatura controlada graças à tecnologia de compressão de vapor desenvolvida há mais de um século, que se tornou parte integrante dos cuidados médicos, transporte, defesa militar, e mais.

De acordo com a Administração de Informação de Energia dos EUA, quase um quarto do uso total de eletricidade nos EUA vai para o resfriamento de uma forma ou de outra. Globalmente, o Programa Ambiental das Nações Unidas estima que o número de aparelhos de resfriamento em operação mais que dobrará até o ano 2050. Os sistemas de compressão de vapor de hoje movem o calor através de um ciclo de circuito fechado por compressão, condensando, Expandindo, e evaporar um fluido refrigerante. Dependendo da configuração e modo de operação, os sistemas de compressão de vapor podem fornecer resfriamento e / ou aquecimento do ambiente para manter um ambiente confortável dentro dos edifícios. E embora a compressão de vapor seja uma tecnologia muito madura e relativamente barata de fabricar, quase atingiu seu limite teórico de eficiência energética potencial. Precisamos de novos sistemas que irão melhorar a eficiência energética para resfriamento.

Por essas razões, um grupo de cientistas e engenheiros do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA são inspirados pela ideia de que a refrigeração poderia ser radicalmente melhorada - tornada mais barata, limpador, e mais eficiente em termos de energia - abandonando a compressão de vapor por algo inteiramente novo:um sistema calórico de estado sólido. Os sistemas calóricos de estado sólido dependem dos fenômenos térmicos reversíveis para fornecer resfriamento e aquecimento quando um sistema magnético, elétrico, ou campo de estresse varia, por exemplo. magnetocalórico, eletrocalórica, e elastocalórico respectivamente. A ideia de que os sistemas calóricos podem ser usados ​​como substitutos da tecnologia de refrigeração tradicional não é nada nova. Nos últimos 20 anos, os cientistas de materiais têm procurado compostos que possam gerar fortes efeitos de resfriamento quando acionados ciclicamente. Outros ganhos de eficiência também podem ser obtidos combinando vários desses fenômenos calóricos, algo não oferecido pela compressão de vapor.

"É como substituir a lâmpada incandescente por uma lâmpada LED. Esta nova tecnologia pode ter um impacto semelhante, mas com potencial para alcançar de uma forma completamente diferente e ainda mais eficiente e sustentável, "disse o líder do projeto Vitalij Pecharsky, Cientista do Ames Lab e professor distinto da Universidade Estadual de Iowa, Anson Marston, de Ciência e Engenharia de Materiais. "Estamos atrasados ​​para o mesmo tipo de mudança nas indústrias de refrigeração e bombeamento de calor." E embora existam muitos materiais e sistemas promissores, até o ponto em que aparelhos protótipos elegantes foram lançados em feiras da indústria nos últimos anos, o custo continua sendo uma grande barreira para a adoção generalizada de fabricantes e consumidores.

O Laboratório Ames está na pesquisa de materiais calóricos por um longo tempo, que remonta à descoberta inovadora do efeito magnetocalórico gigante em 1997, e a pesquisa atual rendeu a eles cinco patentes apenas na descoberta de materiais.

Agora eles estão voltando sua atenção para o desenvolvimento de materiais e sistemas.

O esforço de pesquisa visa reduzir os custos dos sistemas calóricos, aumentando a densidade de potência dos sistemas magnetocalóricos e elastocalóricos. Em sistemas magnetocalóricos, ser capaz de produzir efeitos de resfriamento aumentados em um campo magnético menor é a chave para controlar os custos. Em sistemas elastocalóricos, reduzindo o campo de tensão para valores menores, reduz o tamanho e o custo do (s) atuador (es), e estende a vida útil do material ativo. Além disso, disse Pecharsky, controlar as perdas de energia do sistema por meio de engenharia inteligente será vital.

"Sabemos que é factível. Já foi demonstrado muitas vezes. Mas sabemos que o verdadeiro obstáculo que impede o salto para a tecnologia comercializável é a acessibilidade, e é isso que estamos enfrentando em nosso esforço atual, "disse Pecharsky.