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La refrigerazione industriale abbandonerà gli HFC in favore di sistemi magnetocalorici?

Da una ricerca Universitaria un nuovo sistema sfrutta la demagnetizzazione adiabatica per produrre refrigerazione industriale efficiente

Il futuro della refrigerazione industriale potrebbe essere la demagnetizzazione adiabatica, un metodo sostenibile e a emissioni zero per la produzione efficiente di raffrescamento.
 
Capita spesso che brillanti scoperte del passato vengano reinventate e ottimizzate nel presente, permettendo di raggiungere ottimi risultati. Sembra essere questo il caso della ricerca svolta presso il Fraunhofer Institute for Physical Measurement Techniques IPM, che sta studiando un sistema di refrigerazione magnetica efficiente che non utilizzi i dannosi gas refrigeranti. Gli studiosi impegnati in questo ambito si augurano di raggiungere con la nuova creazione, un livello di efficienza massima del 50 percento, mentre i sistemi magnetocalorici finora sviluppati raggiungono un’efficienza vicina al 30%.
 
Nel mondo sono numerosi i gruppi di ricerca che stanno lavorando a refrigeratori, sistemi di raffreddamento industriale e condizionatori d’aria che pompino il calore attraverso materiali magnetocalorici. Il ciclo riscaldante e refrigerante provocato dalla demagnetizzazione adiabatica risulta infatti perfettamente idoneo alla refrigerazione e al condizionamento. Il fisico Dott. Kilian Bartholomé e il suo team del Fraunhofer IMP di Friburgo, partendo da questa tecnologia magnetica, stanno tentando di creare un più efficiente progetto che sfrutti la conducibilità termica e al contempo elimini la necessità di utilizzare i gas refrigeranti, così dannosi per l’atmosfera e il riscaldamento globale.
 
La lotta ai cambiamenti climatici ha, giustamente, posto un freno all’utilizzo del gas refrigeranti con grande potenziale inquinante. In ambito residenziale sono già diffusi propano e butano, alternative naturali ai gas HFC, sono prodotti infiammabili che, tuttavia, considerate le quantità impiegate nei piccoli impianti domestici non sono considerati pericolosi.
Le caratteristiche proprie di queste sostanze le rendono però inadatte all’utilizzo in sistemi refrigeranti più potenti, come quelli utilizzati nei supermercati, pertanto il settore sta ancora studiando soluzioni alternative valide e efficacemente fruibili.
 

Una lega di ferro-silicone e lantanio potrebbe essere lo strumento sostenibile alla demagnetizzazione adiabatica

 
Il gruppo di ricerca sta usando una lega “amica dell’ambiente” composta da lantanio, ferro e silicone come materiale magnetocalorico. Si tratta di un materiale composito che si surriscalda quando sottoposto a un campo magnetico e si raffredda quando il campo magnetico viene rimosso. Il Prof. Bartholomé e i suoi collaboratori hanno sviluppato e brevettato un metodo speciale che permette di trasferire efficacemente il calore prodotto durante questo processo.
 
Tale sistema sfrutta il calore latente (prendendo come esempio l’acqua si può pensare all’energia necessaria perché il liquido si trasformi in vapore), “Dal momento che l’acqua assorbe molta energia quando passa dallo stato liquido a quello gassoso, sfruttiamo il processo di evaporazione per trasferire calore - spiega il Fisico - si tratta di un metodo molto efficiente per il trasferimento dell’energia termica”.
 
Nel decidere di utilizzare il processo di evaporazione come metodo di trasporto del calore, il Prof. Bartholomé e i sui colleghi si sono ispirati ai collettori utilizzati negli impianti solari termici e nei sistemi di raffreddamento dei computer.
Un collettore è un contenitore tubolare sottovuoto all’interno del quale è stata racchiusa una piccola quantità di fluido. Scaldando una parte del collettore il fluido evapora e, spostandosi lungo lo spazio a disposizione, condensa nuovamente transitando lungo l’area fredda della tubazione, con la conseguente produzione di alti tassi di trasferimento termico.
 
Il collettore magnetocalorico sviluppato al Fraunhofer IPM, ad ogni modo, è decisamente più complesso. Si compone di molte piccole camere, contenenti materiale magnetocalorico. La speciale lega ha una struttura permeabile che permette il passaggio ottimale del vapore acqueo.
 

Un nuovo record per i sistemi di raffreddamento a demagnetizzazione adiabatica

 
Al fine di massimizzare l’efficienza ottenibile attraverso la demagnetizzazione adiabatica che utilizza questa speciale lega, gli studiosi hanno organizzato i segmenti di collettore in forma circolare e vi hanno collocato un magnete nel centro. Si attende che il sistema dimostrativo permetta di produrre 300 watt di energia entro la fine dell’anno, un buon risultato considerando che il compressore contenuto in un frigorifero domestico produce tra i 50 e i 100 watt all’ora.
 
I ricercatori dell’Università tedesca sperano di poter battere il record mondiale di produzione dei sistemi di refrigerazione a dematignetizzazione adiabatica aumentando progressivamente la frequenza del sistema. L’obiettivo assunto a lungo termine è di raggiungere il 50% del livello teorico massimo di efficienza, superando di gran lunga i sistemi ad oggi disponibili, che si attestano su un efficienza del 30%.
 
Nel settore sono già numerosi di player industriali che hanno dimostrato interesse nella ricerca, tra gli altri spicca l’azienda di produzione tedesca Philipp Kirsch GmbH, che realizza refrigeratori per laboratori medici, farmacie e ospedali. L’azienda sta collaborando con la Fraunhofer IPM in un progetto sponsorizzato dal Ministero Tedesco per l’Economia e la Tecnologia. “Vogliamo immettere nel mercato un’unità che sfrutti questa tecnologia e raggiunga i -86° Celsiusha spiegato il CEO Jochen Kopitzke. “I sistemi a demagnetizzazione adiabatica hanno un grande potenziale e nel medio termine potrebbero riuscire a rimpiazzare i sistemi di refrigerazione con compressore. Risulta evidente che si tratta un mercato in via di sviluppo nel quale abbiamo buone possibilità di introdurci”.
 
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