I ricercatori svelano una tecnologia di raffreddamento altamente efficiente e a basse emissioni, con 67 joule di assorbimento di calore per grammo

La tecnologia di raffreddamento/refrigerazione è una delle invenzioni più importanti dell'uomo, ma ha un costo ambientale elevato. I sistemi di raffreddamento a compressione di vapore ampiamente utilizzati sono responsabili di quasi il 15% (dati 2019) del consumo di elettricità in Cina e di oltre il 7,8% (dati 2020) delle emissioni globali di carbonio. Sebbene i materiali calorici allo stato solido siano emersi come alternativa a basse emissioni, la loro incapacità di trasferire efficacemente il calore ha limitato fortemente l'implementazione su larga scala.

Ora, un team di ricerca guidato dal Prof. Li Bing dell'Istituto di Ricerca sui Metalli, Accademia Cinese delle Scienze, ha risolto questo "triangolo impossibile" di elevata capacità di raffreddamento, trasferimento efficiente del calore e zero emissioni di carbonio. Pubblicando i loro risultati sulla rivista Nature, gli scienziati hanno introdotto un metodo innovativo basato sull'effetto barocalorico di dissoluzione.

Il team ha ottenuto questo risultato utilizzando una soluzione salina di tiocianato di ammonio (_NH4SCN). Il processo combina i vantaggi termici dei refrigeranti solidi con le capacità di flusso rapido dei liquidi. Trasformando il refrigerante in un fluido pompabile, il sistema risponde istantaneamente alle variazioni di pressione, senza i colli di bottiglia del trasferimento di calore che affliggono i confini solidi tradizionali.

La meccanica di base di questo nuovo ciclo di raffreddamento funziona in una semplice sequenza:

• Pressurizzazione: l'applicazione della pressione provoca la prececipazione del sale solido dalla soluzione, che rilascia molto calore.
• Depressurizzazione: togliendo la pressione, il sale si dissolve rapidamente nell'acqua, assorbendo una quantità massiccia di calore e abbassando drasticamente la temperatura.

Durante gli esperimenti a temperatura ambiente, la temperatura del fluido è crollata di quasi 30 kelvin (quasi 30°C) in soli 20 secondi. L'intervallo di raffreddamento ha raggiunto i 54 kelvin a temperature elevate. Le simulazioni di un prototipo di ciclo a quattro fasi hanno mostrato un'efficienza energetica vicina al 77% e una capacità di raffreddamento di 67 joule per grammo.

Con una domanda globale di raffreddamento che dovrebbe triplicare entro il 2050 (dati del 2022), questa tecnologia stabile e reversibile apre la strada alla refrigerazione commerciale a emissioni zero. Le sue eccezionali prestazioni ad alta temperatura la rendono particolarmente adatta a gestire gli intensi carichi termici dei centri di calcolo di intelligenza artificiale di prossima generazione.