La refrigerazione è stata così a lungo parte integrante della nostra vita quotidiana che raramente ci pensiamo. Il nostro cibo è fresco e i nostri uffici e soggiorni sono a temperatura controllata grazie alla tecnologia di compressione del vapore sviluppata oltre un secolo fa, che è diventata parte integrante delle cure mediche, trasporto, difesa militare, e altro ancora.

Secondo la US Energy Information Administration, quasi un quarto del consumo totale di elettricità negli Stati Uniti va al raffreddamento in una forma o nell'altra. Globalmente, il Programma ambientale delle Nazioni Unite stima che il numero di apparecchi di raffreddamento in funzione raddoppierà entro il 2050. Gli odierni sistemi di compressione del vapore spostano il calore attraverso un ciclo chiuso comprimendo, condensazione, in espansione, ed evaporazione di un fluido refrigerante. A seconda della configurazione e della modalità operativa, i sistemi di compressione del vapore possono fornire il raffreddamento e/o il riscaldamento degli ambienti per mantenere un ambiente confortevole all'interno degli edifici. E sebbene la compressione del vapore sia una tecnologia molto matura e relativamente poco costosa da produrre, ha quasi raggiunto il limite teorico di potenziale efficienza energetica. Abbiamo bisogno di nuovi sistemi che migliorino l'efficienza energetica per il raffreddamento.

Per questi motivi, un gruppo di scienziati e ingegneri dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti si ispira all'idea che la refrigerazione potrebbe essere radicalmente migliorata, resa più economica, più pulito, e più efficiente dal punto di vista energetico, abbandonando la compressione del vapore per qualcosa di completamente nuovo:un sistema calorico a stato solido. I sistemi calorici allo stato solido si basano sui fenomeni termici reversibili per fornire raffreddamento e riscaldamento quando un magnete, elettrico, o campo di stress varia, per esempio. magnetocalorico, elettrocalorico, ed elastocalorico rispettivamente. L'idea che i sistemi calorici possano essere utilizzati in sostituzione della tradizionale tecnologia di refrigerazione non è in realtà una novità. Negli ultimi 20 anni, gli scienziati dei materiali sono alla ricerca di composti in grado di generare forti effetti di raffreddamento quando si agisce ciclicamente. Ulteriori guadagni di efficienza possono essere realizzati anche combinando insieme diversi di questi fenomeni calorici, qualcosa non offerto dalla compressione del vapore.

"È come sostituire la lampadina a incandescenza con una lampadina a LED. Questa nuova tecnologia potrebbe avere un impatto simile, ma con il potenziale per realizzare in un modo completamente diverso e ancora più efficiente e sostenibile, " ha affermato il capo progetto Vitalij Pecharsky, Scienziato di Ames Lab e Anson Marston Distinguished Professor di scienza e ingegneria dei materiali della Iowa State University. "Siamo in ritardo per lo stesso tipo di cambiamento nelle industrie della refrigerazione e del pompaggio di calore". E mentre esistono molti materiali e sistemi promettenti, anche al punto che negli ultimi anni alle fiere del settore sono stati lanciati prototipi di elettrodomestici eleganti, il costo rimane un grande ostacolo all'adozione diffusa da parte di produttori e consumatori.

Ames Laboratory è stato nella ricerca di materiali calorici per il lungo raggio, risalenti alla loro rivoluzionaria scoperta del gigantesco effetto magnetocalorico nel 1997, e la ricerca attuale ha permesso loro di ottenere cinque brevetti nella sola scoperta di materiali.

Ora stanno rivolgendo la loro attenzione allo sviluppo di materiali e sistemi.

Lo sforzo di ricerca mira a ridurre i costi dei sistemi calorici aumentando la densità di potenza dei sistemi magnetocalorici ed elastocalorici. Nei sistemi magnetocalorici, essere in grado di produrre maggiori effetti di raffreddamento in un campo magnetico più piccolo è la chiave per controllare i costi. Nei sistemi elastocalorici, riducendo il campo di stress a valori più piccoli, riduce sia le dimensioni che il costo degli attuatori, e prolunga la vita del materiale attivo. Inoltre, disse Pecharsky, sarà fondamentale controllare le perdite di energia del sistema attraverso l'ingegneria intelligente.

"Sappiamo che è fattibile. È stato dimostrato molte volte. Ma sappiamo che il vero ostacolo che impedisce il salto nella tecnologia commerciabile è l'accessibilità economica, ed è quello che stiamo affrontando nel nostro sforzo attuale, " disse Pecharsky.