La technologie de refroidissement plus intelligente relève le défi climatique

Les chercheurs de l’UE développent un système plus intelligent de refroidissement durable, remplaçant les réfrigérants toxiques par des métaux plus sûrs, plus efficaces et recyclables.

En tant que jeune étudiant en ingénierie envisageant la direction de sa recherche doctorale, Jaka Tušek savait qu’il voulait repousser les limites de la science. « Je voulais travailler sur les percées, s’attaquer à quelque chose de nouveau qui n’a jamais été fait auparavant. »

Aujourd’hui, le chercheur slovène est à l’aube de la première percée majeure dans les technologies de refroidissement au cours des 100 dernières années. Son travail consiste à résoudre l’un des défis fondamentaux de notre temps: rester au frais dans un monde réchauffant sans le polluer davantage.

Temps de changement

La technologie de compression de vapeur couramment utilisée par les réfrigérations, climatiseurset d’autres technologies de refroidissement ont plus d’un siècle et sont relativement inefficaces et mauvaises pour l’environnement.

Alors que les réfrigérants les plus dommageables ont été interdits depuis 1989, ceux qui les ont remplacés – les hydrofluorocarbures – ont été renvoyés pour avoir une serre effet des centaines de milliers de fois plus que CO₂.

« Si un kilogramme d’un tel réfrigérant s’évapore dans l’atmosphère, il a à peu près la même chose effet de serre En conduisant une voiture sur environ 30 000 kilomètres « , a déclaré Tušek.

Pour cette raison, les hydrofluorocarbures sont également supprimés. Mais des alternatives naturelles telles que l’ammoniac et l’isobutane viennent avec leur propre ensemble de problèmes, de la toxicité et de l’explosivité à une mauvaise efficacité dans les climats chauds.

Une solution solide

S’appuyant sur les découvertes d’un projet de recherche de l’UE nommé SuperCool, qui s’est déroulé à l’Université Slovènie de Ljubljana de 2019 à 2023, l’équipe de Tušek développe un système avec une approche fondamentalement différente. Il remplace les réfrigérants toxiques par des tubes métalliques.

Bien que ces technologies de refroidissement à l’état solide soient encore à leurs débuts, la pensée est qu’ils seront en mesure de fournir des dispositifs de refroidissement plus sûrs qui fonctionnent tranquillement et plus efficacement, sans polluer l’environnement.

Les chercheurs de l’Université de Ljubljana s’efforcent maintenant de mettre cette nouvelle technologie sur le marché. Ils préparent un brevet et élaborent un plan d’adoption de l’industrie dans le cadre de l’e-Co-HEAT qui se déroule jusqu’au début de 2026.

Rendre les technologies de chauffage et de refroidissement plus efficaces et plus durables est au cœur de la stratégie de chauffage et de refroidissement de l’UE, qui est un segment vital de l’accord européen vert.

Le refroidissement représente actuellement 10% de la demande mondiale de l’électricité, selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE). Pire, le besoin de technologies de refroidissement augmente de façon exponentielle, en raison de la hausse des températures et de la demande croissante dans les pays en développement.

« Personne ne veut travailler dans une chaleur à 50 degrés et à 90% d’humidité », a déclaré Tušek.

Il y a environ 2 milliards d’unités de climatisation dans le monde aujourd’hui, une figure que l’AIE prévoit presque triple d’ici 2050.

« Cette croissance, combinée au fait qu’ils sont relativement inefficaces et nocifs pour l’environnement, pourraient conduire à une catastrophe environnementale », a-t-il déclaré.

La quête de l’efficacité

Le refroidissement dépend de la chimie de base des changements de phase, lorsque la matière change d’un état (solide, liquide ou gaz) à un autre.

Avec les réfrigérants traditionnels, la transformation du liquide au gaz et vice-versa est ce qui alimente le cycle de refroidissement. Mais certains matériaux, comme un alliage de nickel-titane connu sous le nom de nitinol, peuvent passer par une transformation de phase tout en restant solide.

« Autrement dit, quand vous mettez contrainte mécanique Sur eux, ils se réchauffent, lorsque vous le soulagez, ils se refroidissent « , a déclaré Žiga Ahčin, un chercheur sur le projet. La technologie est appelée refroidissement élastocalorique, calorique dans ce cas se référant à la chaleur.

Contrairement aux réfrigérants traditionnels, ces matériaux ne sont pas nocifs pour les personnes ou l’environnement. En fait, les fils de nitinol sont biocompatibles et couramment utilisés en médecine. En théorie, le système pourrait également être beaucoup plus efficace, bien qu’il ait encore du chemin à parcourir.

« Notre prototype est actuellement à 15% de l’efficacité maximale possible, tandis que la compression de vapeur a une efficacité de 20 à 30% », a déclaré Tušek.

« Mais nous développons cette technologie depuis moins de 10 ans, tandis que la technologie de compression de vapeur est sur le marché depuis plus de cent ans, donc je pense que nous avons encore de la marge de manœuvre. »

Un premier monde

En théorie, le refroidissement élastocalorique pourrait atteindre 70% Efficacité, mais il y a un problème majeur. Les fils de nitinol se dégradent rapidement lorsqu’ils sont étirés à plusieurs reprises pour induire un changement de phase, un phénomène connu sous le nom de fatigue.

« Disons que l’appareil fonctionne pour 10 000 cycles de charge. C’est deux à trois jours, et vous avez terminé », a déclaré Ahčin. Cela n’avait pas l’air prometteur.

Mais ensuite, a-t-il expliqué, Tušek avait l’idée de comprimer les matériaux au lieu de les étirer, réduisant la contrainte physique sur les fils.

Le prototype résultant était un premier monde, atteignant de nouveaux niveaux de performances de chauffage et de refroidissement sans dégrader les matériaux dont il dépendait.

« Nous avons prouvé que la durée de vie de ces matériaux peut être pratiquement illimitée », a déclaré Tušek. « En même temps, notre prototype était le premier au monde avec une gamme de plus de 30 degrés Celsius, ce qui est essentiel pour refroidissement et applications de chauffage. « 

Du laboratoire au monde

Les chercheurs de l’Université de Ljubljana se sont associés à des universités d’Allemagne et d’Italie, ainsi qu’une entreprise technologique d’Irlande, pour développer un climatiseur avancé basé sur la technologie. Cette collaboration s’appelle Smacool.

« Nous progressons plus rapidement lorsque nous travaillons de cette manière interdisciplinaire », a déclaré Tušek, notant que chaque université contribue à un domaine d’expertise différent. Il est optimiste que la technologie pourrait atteindre le marché au cours des 5 à 10 prochaines années.

« C’est cool de penser que ça technologie Pourrait un jour être partout « , a déclaré Ahčin. » Et mes enfants pourraient dire que leur père l’a développé. «