Охлаждающие жидкости будущего

 В течение этого столетия, а точнее к 2060 году, ожидается изменение парадигмы мирового потребления энергии: мы будем тратить больше энергии на охлаждение, чем на отопление.

Новые холодильные процессы, такие как магнитное охлаждение, могут ограничить результирующее воздействие на климат и окружающую среду. Исследователи из Технического университета Дармштадта и научно-исследовательского центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR) более внимательно изучили наиболее перспективные на сегодняшний день материалы.

Магнитное охлаждение

• База данных веществ для охлаждающих материалов
• Какие материалы можно взять на гадолиний?
• Подходящие материалы: взгляд в будущее

Результатом их работы стала первая систематическая библиотека магнитокалорических материалов со всеми соответствующими данными о свойствах, которую они опубликовали в журнале Advanced Energy Materials.

Искусственное охлаждение с использованием обычного газового сжатия существует уже около ста лет в коммерческих бытовых технологиях. Однако технология практически не изменилась за все это время. По оценкам экспертов, сегодня во всем мире используется около миллиарда холодильников, основанных на этой технологии, и их число постоянно растет. «Технология охлаждения в настоящее время считается самым большим потребителем энергии в наших собственных четырех стенах. Потенциал загрязнения окружающей среды, вызванный типичными охлаждающими жидкостями, столь же проблематичен », - объясняет цели исследования Тино Готшалл, ученый из HZDR.

«Магнитокалорический эффект» может стать основой будущих технологий охлаждения: некоторые элементы и сплавы внезапно изменяют свою температуру при воздействии магнитного поля. Существует целый ряд таких магнитокалорических веществ. «Но подходят ли они для бытового и промышленного применения в больших масштабах - это совсем другой вопрос», - говорит Оливер Гутфляйш, профессор  материаловедения в Техническом университете Дармштадта.

База данных веществ для охлаждающих материалов

Ученые начали собирать данные о свойствах вещества, чтобы прояснить все пробелы. Однако они быстро столкнулись с трудностями. «Мы были особенно удивлены тем, что в специальной литературе можно найти лишь несколько результатов прямых измерений», - говорит Готшалл. «В большинстве случаев эти параметры были косвенно получены из наблюдаемых данных намагниченности. Мы обнаружили, что ни условия измерения, такие как напряженность и профиль приложенного магнитного поля, ни режимы измерения не являются сопоставимыми. Следовательно, результаты не совпадают ».

Чтобы развеять несоответствия в ранее опубликованных свойствах материалов, ученые разработали сложную программу измерений, которая охватывает весь спектр наиболее перспективных в настоящее время магнитокалорических материалов и соответствующие им свойства.

Сочетая высокоточные измерения с термодинамическими расчетами, ученые из Дармштадта и Дрездена смогли создать согласованные наборы данных о материалах. В настоящее время они представляют надежную базу данных, которая может облегчить выбор подходящих материалов для различных применений магнитного охлаждения.

Какие материалы можно взять?

Пригодность материала для целей магнитного охлаждения в конечном итоге определяется различными параметрами. Только правильное сочетание открывает возможность конкурировать с существующими технологиями охлаждения. «Снижение температуры, достигаемое при комнатной температуре, должно быть значительным, и одновременно должно отводиться как можно больше тепла», - так Готшалл описывает наиболее предпочтительные свойства охлаждающих материалов завтрашнего дня.

Для будущего массового применения эти вещества не должны обладать вредными свойствами как с точки зрения окружающей среды, так и здоровья. «Кроме того, они должны состоять из легкодоступного сырья», - объясняет Гутфляйш. «При общей оценке технологических процессов этим аспектом часто пренебрегают. Простое внимание к физическим свойствам больше не достаточно сегодня. В этом отношении магнитное охлаждение также является ярким примером фундаментальных проблем, связанных с переходом энергии в настоящее время, что будет невозможно без постоянного доступа к подходящим материалам ».

При температуре окружающей среды первичный магнитокалорический стандарт - гадолиний. Если редкоземельный элемент вводится в магнитное поле в 1 Тесла, то получается изменение температуры почти на три градуса Цельсия. Учитывая экономическую жизнеспособность будущих магнитных охлаждающих устройств, создание таких напряженностей магнитного поля будет задачей постоянных магнитов.

Подходящие материалы: взгляд в будущее

Несмотря на его выдающиеся свойства, перспективы использования гадолиния в бытовых охлаждающих устройствах довольно нереалистичны. Элемент является одним из редкоземельных металлов, которые имеют надежные и долгосрочные поставки. При одинаковой конструкции теплообменники, изготовленные из железо-родиевых сплавов, могут рассеивать еще большее количество тепла за цикл охлаждения. Тем не менее, благодаря содержанию родия в металле платиновой группы, они также относятся к числу материалов, которые имеют имеют низкую доступность.

Тем не менее, исследователи нашли кандидатов, легко доступных в ближайшем будущем и, в то же время, с многообещающими характеристиками: интерметаллические соединения, состоящие, например, из элементов лантана, железа, марганца и кремния, в которых водород хранится в кристаллической решетке может даже превзойти гадолиний по количеству тепла, которое может быть отведено из холодильной камеры.

Исследователи усердно работают над расширением ассортимента магнитных охлаждающих материалов. В тесном сотрудничестве ученые обоих учреждений готовят новую серию экспериментов по свойствам магнитокалорических веществ. Например, в Дрезденской лаборатории сильных магнитных полей они изучают, как эти вещества ведут себя в импульсных силовых магнитных полях. опубликовано econet.ru по материалам nanowerk.com

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet