Raffreddamento a stato solido: nuovi processi produttivi per frigoriferi senza gas refrigeranti

Un team di scienziati della Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) ha annunciato un progresso significativo nello sviluppo di sistemi di refrigerazione a stato solido basati sull'effetto elastocalorico. La ricerca si è concentrata sulla creazione di un processo produttivo scalabile e a basso costo per elementi refrigeranti affidabili, superando i limiti di durata e complessità che finora avevano frenato l'adozione di questa tecnologia su larga scala.

Il raffreddamento elastocalorico sfrutta le proprietà fisiche delle leghe a memoria di forma, in grado di assorbire e rilasciare calore attraverso una transizione di fase reversibile innescata da una deformazione meccanica. A differenza dei frigoriferi tradizionali, che impiegano compressori e gas refrigeranti spesso dannosi per l'ambiente e responsabili di un elevato consumo energetico, questa tecnologia si basa esclusivamente sullo spostamento controllato della struttura cristallina del materiale solido sottoposto a sollecitazione.

L'innovazione chiave presentata dalla HKUST risiede in una struttura interna ispirata ai nidi d'ape. Il processo prevede lo stampaggio e l'impilamento di sottili fogli di lega NiTi (nichel-titanio). I fori a nido d'ape aumentano drasticamente la superficie di scambio termico, mentre la disposizione a strati impedisce alle eventuali micro-crepe di diffondersi nell'intero modulo. Questo specifico design ha dimostrato di poter resistere a 100 milioni di cicli di deformazione, un dato che corrisponde a circa dieci anni di funzionamento ininterrotto in condizioni standard.

Dal punto di vista industriale, l'adozione del metodo dello stampaggio permette di produrre fino a 100 elementi al minuto, una velocità oltre cento volte superiore rispetto alla tradizionale elettroerosione a filo (WEDM). Secondo le valutazioni dei ricercatori, questo cambio di tecnica produttiva riduce i costi di fabbricazione del 95%. Il prototipo sperimentale realizzato in laboratorio, lungo 30 millimetri e composto da 200 elementi in NiTi, ha registrato una differenza di temperatura massima di 11,7 gradi centigradi e una capacità di raffreddamento specifica di 3,85 watt per grammo.

Nonostante l'ottimizzazione del componente refrigerante, gli scienziati hanno precisato che per la realizzazione di un elettrodomestico completo restano ancora dei passaggi tecnici da completare. Sarà infatti necessario integrare sistemi precisi per la gestione del fluido termovettore e un azionamento meccanico, come un motore elettrico con eccentrico, per gestire i cicli di compressione e rilascio della lega. La ricerca della HKUST proseguirà ora verso l'integrazione di questi componenti ausiliari per trasformare il modulo in un dispositivo di consumo pronto per il mercato globale.