Elastocalorische koeling maakt geen gebruik van koudemiddel, maar van metaallegeringen die warmte kunnen onttrekken aan hun omgeving. Het is interessante ‘exotische’ koeltechniek, die voor praktische toepassing echter op hindernissen stuit – waaronder de beperkte temperatuurverlaging. Onderzoekers uit HongKong hebben op dat punt een belangrijke doorbraak gerealiseerd.
Het temperatuurverlaging die tot nu toe met elastocalorische lab-opstellingen werd gerealiseerd, was meestal kleiner (in gevallen <10 K) dan in commerciële koel- of vriesmachines wenselijk is. Onderzoekers aan de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) hebben echter een elastocalorische machine ontwikkeld die een lift van 36 K – van 24 naar -12 °C – kan realiseren. Dit resultaat – gepubliceerd in het vakblad Nature – markeert volgens het onderzoeksteam een belangrijke stap in de toepassing van vastestof-koeling (‘solid-state’) voor vriesprocessen.
‘Cyclische vervorming’
In tegenstelling tot dampcompressiesystemen maakt elastocalorische koeling geen gebruik van de bekende thermodynamische cyclus met koudemiddel. In plaats daarvan wordt bij deze ‘alternatieve’ technologie gebruikgemaakt van de latente warmte die wordt opgenomen en weer vrijkomt bij cyclische vervorming van shape memory alloys (SMA’s). Deze metaallegeringen – ook wel ‘geheugenmetaal’ genoemd – kunnen terugkeren naar hun oorspronkelijke ‘geprogrammeerde’ vorm, nadat ze zijn vervormd door warmte uit de omgeving op te nemen.
Nikkel-titaniumlegering
De doorbraak naar sub-nul-temperaturen is volgens de onderzoekers gerealiseerd door de ‘optimalisatie van materiaal, warmteoverdrachtsmedium en systeemarchitectuur’. Centraal daarin staat een nikkel-titaniumlegering (NiTi), met als warmteoverdrachtmedium een calciumchloride-oplossing. Het regeneratieve systeem in het lab bestaat uit acht in serie geschakelde modules met dunwandige NiTi-buizen. Met deze configuratie werd vanuit een warmtebron van 24 °C een koudetemperatuur van -12 °C bereikt – een temperatuurlift van 36 °C. Het koelvermogen van de installatie bedroeg maximaal 1,43 W/g, met een theoretische COP tot 3,4.
Obstakels voor elastocalorisch
Volgens de onderzoekers kan koudemiddelvrije elastocalorische koeling “een substantiële bijdrage leveren aan de decarbonisatie van de koel- en vriessector”. Behalve de beperkte temperatuurverlaging staan echter nog andere obstakels de brede uitrol in commerciële toepassingen in de weg. Zo zijn onderzochte materialen vaak duur en moeilijk op grote schaal te produceren, en kan ‘metaalmoeheid’ ontstaan.
Leestip: Onderzoek naar toepassing van PCM’s in koudeketen
Wekelijks actueel nieuws in je mailbox? Meld je aan voor de nieuwsbrief!
