Ricercatori della Johns Hopkins University hanno ideato una tecnologia di refrigerazione allo stato solido in grado di aumentare l’efficienza del 70% rispetto ai frigo tradizionali, eliminando compressore, liquidi e parti in movimento.
Una sottile pellicola, denominata CHESS – acronimo di Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures (Strutture superreticolari controllate progettate gerarchicamente) – è il materiale termoelettrico che permette di creare frigoriferi super efficienti e super sottili.
In un articolo pubblicato su Nature Communications il 21 maggio, un team di ricercatori dell’Applied Physics Laboratory (APL) della Johns Hopkins e tecnici specializzati in impianti di refrigerazione di Samsung hanno dimostrato i possibili miglioramenti nell’efficienza delle pompe di calore (per estrarre e trasferire energia termica) e nelle capacità dei sistemi di refrigerazione attribuibili a materiali termoelettrici nano-ingegnerizzati ad alte prestazioni inventati dall’APL e noti come “hierarchically engineered superlattice structures” (CHESS).
La tecnologia CHESS, riferisce l’Università Johns Hopkins, è il risultato di dieci anni di ricerche dell’APL in materiali termoelettrici e nano ingegneria avanzata e relativi sviluppi applicativi. Inizialmente sviluppati per ambiti di sicurezza nazionale, i materiali in questione sono stati usati anche per terapie conservative non invasive per protesi, vincendo un premio R&D 100 Award nel 2023.
“La dimostrazione reale di refrigerazione usando nuovi materiali termoelettrici evidenzia le capacità delle sottili pellicole CHESS nano-ingegnerizzate”, riferisce Rama Venkatasubramanian, responsabile scientifico del progetto congiunto e chief technologist responsabile applicazione termoelettriche all’APL. “Segna un significativo balzo nella tecnologia di refrigerazione e spiana il terreno a progressi nei materiali termoelettrici che si tradurranno in applicazioni pratiche di refrigerazione su larga scala a basso consumo energetico”.
Nei frigo costruiti con materiali CHESS l’efficienza è migliorata di quasi il 100%. A livello di dispositivo l’efficienza dei moduli termoelettrici realizzati con CHESS è di quasi il 75%, mentre in un sistema di refrigerazione completamente integrato il miglioramento dell’efficienza è del 70%. Secondo i ricercatori e gli esperti Samsung si tratta di risultati sorprendenti, con miglioramenti significativi rispetto alle soluzioni all’avanguardia attualmente in commercio.
I test sono stati effettuati alla temperatura ambiente di circa 25 gradi, con quantità significative di pompaggio del calore per replicare l’uso pratico. Sono stati effettuati gli stessi test standard per i frigo commerciali, misurando e confrontando la potenza elettrica necessaria per raggiungere diversi livelli di raffreddamento.
Produzione su larga scala
La produzione richiede meno materiali e può essere effettuata in serie su scala industriale utilizzando gli stessi strumenti di produzione di chip semiconduttori. I materiali CHESS sono creati con lo stesso processo già impiegato per produrre celle solari ad alta efficienza, impiegati dai satelliti alle luci LED commerciali.
Oltre i frigo, climatizzazione di case ed edifici, produzione di energia
I vantaggi si estendono alle possibili applicazioni: dai frigo e sistemi di refrigerazione su piccola scala, fino alla climatizzazione di case e persino interi edifici. Gli scienziati lo paragonano alle batterie agli ioni di litio, impiegate dagli smartphone fino ai veicoli elettrici.
Ma c’è molto di più perché i materiali CHESS sono in grado di convertire le differenze di temperatura, incluso il calore corporeo, in energia utilizzabile. Spiega Jeffrey Maranchi, responsabile Missione di Ricerca e Sviluppo Esplorativo di APL “Oltre a far progredire i sistemi tattili, le protesi e le interfacce uomo – macchina di nuova generazione, questo apre le porte a tecnologie di raccolta di energia scalabili per applicazioni che vanno dai computer ai veicoli spaziali, capacità che non erano realizzabili con dispositivi termoelettrici più vecchi e ingombranti”.
In definitiva la refrigerazione allo stato solido è scientificamente valida e anche producibile su larga scala: sembra non dovremo attendere molto per vederla in commercio.
Per tutte le notizie e gli articoli dedicati alla domotica, alla sicurezza, al risparmio energetico, green economy e abitare sostenibile è possibile consultare la sezione dedicata CasaVerdeSmart di macitynet.
