Il calore di scarto dell'industria spesso non può essere utilizzato a causa della sua bassa temperatura. Con questo materiale, può essere utilizzato in sistemi di raffreddamento ecocompatibili, ad esempio nel campo della tecnologia degli edifici. Il team di ricerca di Kiel presenterà il suo materiale e le sue applicazioni alla Hannover Messe 2018.

I dispositivi di raffreddamento sono considerati divoratori di energia, in cui si utilizzano ancora refrigeranti inquinanti, anche dopo il divieto dei clorofluorocarburi (CFC). Un'alternativa ecologica sono i sistemi che utilizzano invece l'acqua. Un gruppo di ricerca presso l'Istituto di Chimica Inorganica dell'Università di Kiel, insieme al Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE di Friburgo, ha sviluppato un materiale altamente poroso, con cui questi sistemi di raffreddamento possono funzionare utilizzando meno energia elettrica rispetto a prima. Calore di scarto precedentemente inutilizzato, per esempio. da sistemi di teleriscaldamento, data center, oppure si potrebbe utilizzare il calore dei collettori solari termici. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Materiale avanzato .

I data center in particolare sono vere e proprie fabbriche di energia:come effetto collaterale delle loro operazioni, i computer ad alte prestazioni producono molto calore, e deve quindi essere raffreddato continuamente. Come tale, causano elevati costi energetici e energetici, emettendo allo stesso tempo nell'ambiente il calore di scarto inutilizzato:la sua temperatura è troppo bassa per altri usi. Teoricamente, però, questo potrebbe essere utilizzato per l'esecuzione di sistemi di raffreddamento ad alta efficienza energetica, che utilizzano l'acqua come refrigerante (i cosiddetti chiller ad adsorbimento). Fare così, il materiale ivi utilizzato deve essere in grado di assorbire molta acqua e rigenerarsi alle temperature più basse possibili.

Raffreddamento ecologico e a risparmio di risorse

Il materiale poroso, sviluppato dal professor Norbert Stock dell'Istituto di chimica inorganica e dal suo gruppo di lavoro, soddisfa questi requisiti. In questo modo parti del processo di raffreddamento dei refrigeratori ad adsorbimento possono essere azionate utilizzando solo l'energia proveniente dal calore di scarto esistente o dai sistemi solari termici. "Questo potrebbe anche dare un contributo importante all'uso delle energie rinnovabili, " ha detto Stock. Per sistemi ecologici come questo il materiale ha due vantaggi chiave:"I sistemi consumano meno energia, e possiamo produrre il materiale in modo ecologico, " spiegò il chimico inorganico.

In questi cosiddetti refrigeratori ad adsorbimento, l'effetto di raffreddamento si verifica quando il calore ambientale viene estratto dall'evaporazione dell'acqua. Le molecole di vapore acqueo si depositano nelle cavità di un materiale poroso, chiamati assorbenti, cioè assorbito da esso. Nella successiva fase rigenerativa il materiale viene essiccato applicando energia termica. Le molecole d'acqua immagazzinate vengono rilasciate, liquefarsi e può essere nuovamente evaporato nel ciclo successivo. Il materiale può anche essere riutilizzato.

I sorbenti utilizzati nei sistemi di raffreddamento sono solitamente zeoliti cristalline o gel di silice, che possono facilmente assorbire acqua grazie alla loro struttura. Il materiale del team di ricerca mostra proprietà di assorbimento particolarmente buone:può assorbire molta acqua molto rapidamente, e rilasciarlo anche di nuovo rapidamente, anche a un basso aumento della temperatura. Il materiale è quindi rapidamente pronto per l'uso. "Ciò è reso possibile dalla dimensione ottimale dei pori nel materiale, e la sua perfetta interazione con le molecole d'acqua, " ha spiegato Stock. La struttura cristallina altamente porosa di "CAU-10-H, che è il nome ufficiale del materiale, prende il nome dal luogo di sviluppo, numero di versione e l'abbreviazione di idrogeno:è un esempio di struttura metallica organica (MOF). Negli ultimi anni sono stati testati in un'ampia gamma di campi di applicazione.

Dalla ricerca fondamentale all'applicazione pratica

Il gruppo di lavoro di Kiel ha già perseguito la scoperta di nuovi MOF per molto tempo, ma in precedenza solo come pura ricerca fondamentale. Per il trasferimento a un'applicazione industriale, hanno lavorato con i colleghi del Fraunhofer ISE per rivestire gli scambiatori di calore disponibili in commercio con il loro materiale. "L'indagine sullo scambiatore di calore in condizioni relative all'applicazione mostra l'alto potenziale del materiale", ha affermato il dott. Stefan Henninger dell'ISE. In laboratorio, il materiale può già essere prodotto in quantità di chilogrammo in condizioni di reazione blande, cioè ad una temperatura di 100°C con acqua come solvente ("sintesi verde"). "Al fine di produrre il materiale per un uso industriale su scala più ampia, il nostro prossimo passo è contattare altre aziende, " ha detto Stock. Hanno già chiesto un brevetto per il loro metodo di produzione.