Un team di ricercatori della Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) ha sviluppato il primo dispositivo elastocalorico al mondo in grado di operare sotto lo zero, raggiungendo una temperatura di -12°C. Il risultato estende il raffreddamento elastocalorico allo stadio di congelamento e apre la strada a una possibile alternativa a zero emissioni ai tradizionali sistemi a compressione di vapore che utilizzano refrigeranti ad alto GWP, si legge su Refindustry. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature con il titolo ‘Sub-zero Celsius Elastocaloric Cooling via Low-transition-temperature Alloys’.
Il dispositivo è stato sviluppato da un team del dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale della HKUST, guidato dal professor Sun Qingping. Operando a 1 Hz, il sistema è riuscito a raggiungere una temperatura della sorgente fredda di -12°C partendo da un dissipatore di calore a temperatura ambiente di 24°C, con un salto termico complessivo di 36°C. Si tratta della prima dimostrazione documentata di prestazioni sottozero nel raffreddamento elastocalorico.
Il sistema integra tre elementi chiave: una lega binaria nichel-titanio (NiTi) con temperatura di fine austenite pari a -20,8°C; una soluzione acquosa di cloruro di calcio al 30% in peso come fluido termovettore resistente al congelamento; e un’architettura tubolare a cascata composta da otto unità rigenerative con tubi NiTi a parete sottile. La struttura opera secondo un ciclo Brayton attivo basato sulla compressione ed è in grado di sopportare sollecitazioni fino a 900 MPa.
Nei test in condizioni reali, il dispositivo ha raffreddato una camera isolata fino a -4°C in 60 minuti e ha congelato 20 ml di acqua distillata in due ore. Ha inoltre dimostrato una potenza di raffreddamento specifica fino a 1,43 W/g in condizioni di salto termico nullo e un coefficiente di prestazione potenziale di 3,4 in ipotesi ideali di recupero del lavoro.
Secondo il team di ricerca, il congelamento sottozero è responsabile di circa il 27% delle emissioni globali previste di HFC, stimate in 330 milioni di tonnellate di CO₂ equivalente all’anno entro il 2025. Un’alternativa elastocalorica priva di emissioni potrebbe contribuire in modo significativo alla riduzione di questo impatto.
“Questo risultato dimostra il potenziale per applicazioni su larga scala della tecnologia di congelamento elastocalorica. Stiamo collaborando con l’industria per accelerarne la commercializzazione”, ha affermato il professor Sun Qingping, aggiungendo che le ricerche in corso si concentreranno sul miglioramento dell’efficienza, della densità di potenza e della competitività economica del sistema.
Anche la professoressa Lu Mengqian, direttrice dell’HKUST Otto Poon Center for Climate Resilience and Sustainability, ha definito il lavoro “un passo significativo nella nostra lotta contro il cambiamento climatico”, sottolineando l’allineamento con la missione del centro in materia di sviluppo sostenibile.
La ricerca è stata supportata dall’Hong Kong Research Grants Council, dalla Innovation and Technology Commission e da iniziative di collaborazione Shenzhen-Hong Kong. Si tratta della seconda pubblicazione su Nature per il team nell’arco di un anno.
