Ricercatori dell'Università di Cambridge hanno identificato un sostituto promettente per i gas serra tossici e infiammabili utilizzati nella maggior parte dei frigoriferi e dei condizionatori d'aria.

Il dispositivo si basa su strati di un materiale composto da ossigeno e tre elementi metallici noto come PST, e mostra i più grandi effetti elettrocalorici - cambiamenti di temperatura quando viene applicato un campo elettrico - ancora osservati in un corpo abbastanza grande per applicazioni di raffreddamento.

I risultati, riportato sul giornale Natura , potrebbe essere utilizzato nello sviluppo di frigoriferi e condizionatori d'aria a stato solido altamente efficienti, senza bisogno di ingombranti e costosi magneti.

"Di fronte a una sfida grande come il cambiamento climatico e la riduzione delle emissioni di carbonio a zero, tendiamo a concentrarci su come generiamo energia, e giustamente, ma è fondamentale considerare anche il consumo di energia, ", ha affermato il co-autore Dr. Xavier Moya del Dipartimento di Scienza e Metallurgia dei Materiali di Cambridge.

La refrigerazione e la climatizzazione consumano attualmente un quinto di tutta l'energia prodotta nel mondo, e mentre le temperature globali continuano ad aumentare, la domanda continuerà a salire. Inoltre, i gas attualmente utilizzati nella stragrande maggioranza dei frigoriferi e dei condizionatori d'aria sono tossici, gas serra altamente infiammabili che si aggiungono al problema del riscaldamento globale solo quando si disperdono nell'aria.

I ricercatori hanno cercato di migliorare la tecnologia di raffreddamento sostituendo questi gas con materiali magnetici solidi, come il gadolinio. Però, le prestazioni dei dispositivi prototipali sono state finora limitate, poiché i cambiamenti termici sono guidati da campi magnetici limitati da magneti permanenti.

In una ricerca pubblicata all'inizio di quest'anno, lo stesso team guidato da Cambridge ha identificato un economico, solido ampiamente disponibile che potrebbe competere con i refrigeranti convenzionali quando messo sotto pressione. Però, lo sviluppo di questo materiale per applicazioni di raffreddamento comporterà un sacco di nuovo lavoro di progettazione, che il team di Cambridge sta perseguendo.

Nel lavoro attuale, le variazioni termiche sono invece guidate dalla tensione. "Utilizzare la tensione invece della pressione per pilotare il raffreddamento è più semplice dal punto di vista ingegneristico, e consente di riutilizzare i principi di progettazione esistenti senza la necessità di magneti, " disse Moya.

I ricercatori di Cambridge, lavorando con colleghi in Costa Rica e Giappone, ha utilizzato strati di PST di alta qualità con elettrodi metallici inseriti nel mezzo. Ciò ha reso il PST in grado di resistere a tensioni molto più grandi, e producono un raffreddamento molto migliore in un intervallo di temperature molto più ampio.

"Sostituire il cuore dei prototipi di frigoriferi magnetici con un materiale dalle prestazioni migliori, e non necessita di magneti permanenti, potrebbe rappresentare un punto di svolta per coloro che attualmente cercano di migliorare la tecnologia di raffreddamento, ", ha affermato il co-autore, il professor Neil Mathur.

In futuro, il team utilizzerà la microscopia ad alta risoluzione per esaminare la microstruttura del PST, e ottimizzarlo ulteriormente per applicare tensioni ancora maggiori.