Het barocalorisch effect zorgt voor koeling als de druk van de plastische kristallen wordt gehsald (afb: imr)
Koeling kost veel energie. Wereldwijd zouden koelsystemen verantwoordelijk zijn voor een kwart tot een derde van de stroombehoefte. Cruciaal daarbij is het gebruik van koelvloeistoffen (HFK’s). Dat zijn echter heftige broeikasgassen. Een koelkast met vervormbare kristallen zou een alternatief denken Chinese onderzoekers. Truc is dat sommige stoffen onder druk afkoelen (het zogeheten barocalorisch effect).
Onderzoeker Bing Li voor het instituut voor metaalonderzoek in Shenyang en zijn collega’s gebruikten een alternatieve techniek om te koelen. Daarbij maakten ze gebruik van het baroelektrisch effect. Dat zorgt voor koeling als bij die stoffen de geordende kristalstructuur overgaat in de ‘normale’ ongeordende.
Conventionele koelsystemen maken gebruik van de energie die nodig is bij de faseovergang vloeibaar/gas (verdampen). De vloeistof absorbeert warmte van de omgeving. Dat zorgt ervoor dat de vloeistof verdampt en die overgang kost (veel) energie. Vervolgens wordt dat gas samengeperst tot vloeistof enzovoort. Koelvloeistoffen zijn efficiënt in de warmteoverdracht maar zijn tegelijkertijd broeikasgassen.
CFK’s, chloorfluorkoolwaterstoffen, zijn koelmiddelen die de ozonlaag aantasten die inmiddels nauwelijks meer worden gebruikt dankzij een internationale overeenkomst (Protocol van Montréal), maar de vervangers, waterstoffluorkoolwaterstoffen (HFK’s) zijn ook krachtige broeikasgassen.
De vraag is wat het alternatief is. Kooldioxide wordt wel voorgesteld (ooit was ammoniak een veelgebruikt koelmiddel), maar er zijn ook vaste stoffen die bij drukverlaging koelen. De onderzoekers hebben het over plastische kristallen in poedervorm. Die stoffen worden al sinds jaar en dag gebruikt in cosmetica, verf en (ja) ook in kunststoffen. Er zijn voorstellen geweest om die plastische kristallen te gebruiken om energie op te slaan. Li en zijn medewerkers vonden echter dat ze opmerkelijk goed werken als koelmiddel.
Vervormbare kristallen hebben een wanordelijke structuur en geen net geordend kristalrooster. Li: “Een kleine druk kan die materialen van de wanordelijke staat in de geordende staat brengen.” Het gevolg van die faseovergang is een grote verandering in energieinhoud.
Neopentylglycol
Een voorbeeld van een plastisch kristal is neopentylglycol (2,2-dimethyl-1,3-propaandiol). De energieverandering bij de faseovergang is daarbij tien keer groter dan van andere kandidaten. Dat wil zeggen dat het koelend effect van dit plastische kristal groter is dan van zijn (vaste) concurrenten.
Li: “Plastische kristallen zijn veelbelovend voor vastestofkoeling.” Dat moge zo zijn, maar er zal nog wel het een en ander moeten worden verbeterd vooraleer we koelsystemen met vaste stoffen zullen krijgen. Zo zal het warmteverlies omlaag moeten en het energierendement van het systeem omhoog om met de huidige systemen te kunnen concurreren.
Bron: New Scientist