Chłód ze ściskania, czyli lodówki czeka rewolucja. Pompy ciepła również. Ale kiedy?

Przemysłowe chłodnie, domowe lodówki oraz klimatyzacja budynków pochłaniają sporo energii elektrycznej. Chłód pochodzi w nich z rozprężania czynnika chłodniczego. Żeby go rozprężyć, trzeba go najpierw sprężyć, co pochłania energię. I to całkiem sporo. Na całym świecie chłodzenie budynków pochłania około 20 procent energii, którą zużywają.

Czynnikami chłodniczymi są najczęściej fluorowęglowodory (HFC), które są silnymi gazami cieplarnianymi. Rzadko wydostają się do atmosfery (głównie z nieszczelnych instalacji chłodzących), ale zatrzymują ciepło tysiąc razy silniej niż dwutlenek węgla. Fluorowęglowodory uchodzące ze starych lodówek i klimatyzatorów mogą przyczyniać się nawet do 8 proc. efektu cieplarnianego.

Naukowcy z wydziału chemii Uniwersytetu Harvarda mają na to pomysł, o czym donoszą w “Nature Communications".

Ten pomysł to materiały barokaloryczne. Pod tą nazwą kryją się substancje, które ogrzewają się lub schładzają pod wpływem siły. Podobnie zachowuje się na przykład guma, co możemy sprawdzić sami. Wystarczy jej cienką powłokę, na przykład z balonika, szybko rozciągnąć. Gdy ją dotkniemy, poczujemy ciepło.

Zobacz także: Pompa ciepła czy piec indukcyjny? Jak wybrać oszczędne ogrzewanie domu

Ten efekt w przypadku gumy jest na tyle niewielki, że nie nadaje się do praktycznego wykorzystania. Ale badaczom z Harvardu udało się znaleźć znacznie lepszy materiał. To połączenie dwóch cienkich, jednoatomowych warstw dwóch związków o krystalicznej strukturze perowskitu (kompleksu decyloaminy z chlorkiem manganu oraz kompleksu nonyloaminy z bromkiem miedzi). Oba są nietoksyczne i przyjazne dla środowiska.

Pod niewielkim naciskiem materiał ten zmienia swoją strukturę krystaliczną i się ogrzewa. Gdy siła się zmniejsza, materiał powraca do swojej pierwotnej struktury i ulega schłodzeniu - czyli może ciepło odebrać.

Nie jest to jedyny materiał o takich właściwościach, przypominają badacze w pracy. Naukowcy są przekonani, że wiele takich substancji czeka jeszcze na odkrycie. Być może lodówki przyszłości będą polegać na ściskaniu substancji stałych, a nie sprężaniu gazów. Szczególnie obiecujące pod tym względem wydają się polimery.

W ubiegłym roku w czasopiśmie “Polymer Testing" naukowcy donosili o odkryciu takiego efektu w znanym i powszechnym poliuretanie. W nowym materiale naukowców z Harvardu jednak zmiana temperatury pod wpływem ciśnienia jest jednak zaskakująca. Słowa "kolosalny efekt" pojawiły się nawet w samym tytule pracy.

Istnieje również efekt magnetokaloryczny, w którym substancje ogrzewają się pod wpływem pola magnetycznego. Na filmie poniżej wykorzystano taki efekt w stopie gadolinu.

Kiedy zobaczymy bardziej energooszczędne i przyjazne dla środowiska lodówki i klimatyzatory? Niestety od naukowych odkryć do produktów konsumenckich, które je wykorzystują, mija co najmniej kilka lat.

Ten sam efekt można również zastosować w przeciwnym celu. Zamiast usuwać siłę, żeby schłodzić, można przecież wykorzystać ciśnienie, by temperaturę podnieść - na przykład za pomocą pompy ciepła. To może być także przyszłość ogrzewania lub przechowywania energii. A to także bardzo by się ludzkości przydało.