Een warmtepompachtig systeem op basis van ‘elektrocalorische koeling’ kan een ruimte bijna twee keer zo efficiënt verwarmen of afkoelen als een standaard airconditioner.

Onderzoekers hebben een koelsysteem ontwikkeld zonder bewegende onderdelen of milieubelastende koelvloeistoffen of -gassen. Het nieuwe systeem is mogelijk bijna twee keer zo efficiënt als een gewone airconditioner.

De meeste airconditioners en koelkasten werken door een vloeistof samen te drukken en uit te laten zetten. Op die manier kunnen ze grote hoeveelheden warmte absorberen of afgeven. Deze systemen zijn relatief goedkoop en eenvoudig te produceren, maar ze zijn niet al te efficiënt. Daardoor zijn ze verantwoordelijk voor ongeveer een vijfde van de elektriciteit die wereldwijd in gebouwen wordt verbruikt. Daarnaast zijn veel van de gebruikte koelvloeistoffen schadelijk voor het milieu.

Hoe drinkbaar is de stijgende zeespiegel?
LEES OOK

Hoe drinkbaar is de stijgende zeespiegel?

Een tekort én een overschot aan water bedreigen tegelijkertijd de menselijke beschaving. Kunnen die de zee ooit drinkbaar maken?

Siliconenolie

Natuurkundige Emmanuel Defay van het Luxemburgs Instituut voor Wetenschap en Technologie en zijn collega’s hebben nu een koelmiddelvrij apparaat bedacht op basis van de metalen lood, scandium en tantaal. Het koelsysteem kan een maximale efficiëntie bereiken van meer dan 60 procent. Dat is bijna het dubbele van een gewone airconditioner waarmee je één kamer kunt koelen.

De nieuwe technologie rust op het principe van elektrocalorische koeling. Daarbij verandert een elektrisch veld in een materiaal de richting van elektrische ladingen. Wanneer het elektrische veld wordt verwijderd, ontstaat er een tijdelijke stijging en daling van de temperatuur.

Defay en zijn collega’s stapelden acht stroken van het elektrocalorische materiaal loodscandiumtantalaat op elkaar. Ze dompelden die onder in siliconenolie, een warmtedragende vloeistof. Wanneer een elektrisch veld wordt ingeschakeld en de stroken opwarmen, beweegt de vloeistof naar rechts. Wanneer de vloeistof afkoelt, beweegt deze naar links. Door die snollebollisering ontstaan in de vloeistof permanent warme en koude gebieden, met daartussen een verschil van ongeveer 20 graden Celsius.

Deze gebieden werken als warme en koude reservoirs. Van daaruit kan de olie door leidingen stromen om ruimtes of voorwerpen naar wens af te koelen of te verwarmen.

Superieure prestatie

Hoewel het apparaat in theorie een efficiëntie heeft van maar liefst 67 procent, haalt het huidige ontwerp nog maar zo’n 12 procent. Dit valt te verbeteren door een betere warmtegeleider dan loodscandiumtantalaat te vinden, zegt Defay.

‘Door bekende elementen te combineren is een superieure prestatie bereikt’, zegt natuurkundige Neil Mathur van de Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk. Volgens hem kunnen door het gebruik van dunne stroken elektrocalorisch materiaal in plaats van één klomp hoge elektrische velden worden opgewekt zonder dat het materiaal afbreekt. Dat levert een betere koeling op.

Hij voegt daar wel aan toe dat het team alleen heeft gekeken naar het koelvermogen van de stapel metalen strips zelf. Het kan ook interessant zijn om te zien hoe het apparaat als geheel presteert.