Traditionele airconditioners en warmtepompen gebruiken koelgas om huizen en gebouwen te koelen of te verwarmen, wat potentiële gevaren voor het milieu met zich meebrengt. Een team van Europese wetenschappers probeert dit probleem op te lossen met behulp van nieuwe experimentele materialen gemaakt van keramiek.
Een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Science beschrijft een nieuw type 'elektrokoeling'-materiaal, een airconditioningtechnologie die is ontworpen om koel- (of verwarmings-) taken uit te voeren zonder gebruik te maken van gevaarlijke of potentieel vervuilende gassen. Wetenschappers van het Luxembourg Institute of Technology in Belvaux hebben een nieuw op keramiek gebaseerd prototype met een sterk elektrisch koeleffect ontwikkeld door verschillende bestaande technologieën te combineren.
Bij blootstelling aan een elektrisch veld worden elektrothermische systemen warm omdat de elektrisch ongebalanceerde atomen in het materiaal gedwongen worden om als een kam in één richting te gaan staan. De entropiewaarde neemt af en de netjes gerangschikte atomen beginnen versneld te trillen, waardoor de temperatuur stijgt.
Het nieuwe prototype gebruikt vloeistoffen die tussen platen van keramisch materiaal stromen om overtollige warmte af te voeren. Als het elektrische veld wordt uitgeschakeld, wordt het effect omgekeerd en wordt het materiaal koeler dan de omgevingstemperatuur, waardoor de warmte aan de vloeistof wordt onttrokken. Dan begint de cyclus opnieuw.
Neil Mathur, een materiaalwetenschapper aan de Universiteit van Cambridge, zei dat het elektrisch gekoelde prototype “superprestaties” heeft laten zien. Bij gebruik in koelkasten of airconditioners kan het nieuwe materiaal de warmte naar de buitenkant van een gebouw afvoeren, terwijl de binnenomgeving koeler blijft. Een warmtepomp daarentegen koelt de buitenomgeving door warmte aan de buitenomgeving te onttrekken en naar binnen te brengen.
Bestaande airconditioningsystemen zijn zeer efficiënt, maar vereisen het gebruik van koelmiddelen zoals fluorkoolwaterstoffen of ammoniak, die direct of indirect bijdragen aan het broeikaseffect. Voor het elektrolyse-prototype zijn geen gevaarlijke gassen nodig en omdat er geen compressor nodig is, kan het kleiner en eenvoudiger worden gemaakt.
Hoewel het technologische prototype een aantal opmerkelijke mogelijkheden heeft laten zien, is het nog niet klaar voor commercialisering. Luxemburgse wetenschappers moeten de technologie verder verfijnen en de efficiëntie van het nieuwe materiaal vergroten. Het is hun huidige prioriteit om elektrische warmtepompen te laten concurreren met de warmtepompen die in bestaande airconditioningsystemen worden gebruikt.