W stronę chłodzenia magnetycznego w temperaturze pokojowej
Najpopularniejsza technologia chłodzenia polega na sprężaniu gazu, w trakcie którego dochodzi do przemiany fazowej chłodziwa z postaci ciekłej do gazowej i z powrotem. Choć jest ona dojrzała, charakteryzuje się dość niską efektywnością energetyczną. Do tego stosowane w niej substancje mają w przyszłości zostać zakazane. W ostatnich latach zaproponowano szereg nowych technologii stanowiących alternatywę dla chłodzenia, klimatyzacji czy nawet wytwarzania energii. Chłodzenie magnetyczne (inaczej magnetokaloryczne) jest rozwiązaniem o najwyższej efektywności energetycznej, jaką uzyskano w eksperymentach. Finansowany ze środków UE projekt DRREAM (Drastically reduced use of rare earths in applications of magnetocalorics) poświęcony był rozwiązaniom technologicznym potrzebnym do wprowadzenia chłodzenia magnetycznego do konkretnych nisz rynkowych. Uczeni nie liczyli na powszechne zastąpienie technologii skraplania pary. W chłodzeniu magnetycznym materiał roboczy podgrzewany jest pod wpływem przyłożonego pola magnetycznego. Proces przebiega analogicznie do fazy sprężania w chłodzeniu opartym na sprężaniu pary. Wytworzone ciepło — ze względu na efekt magnetokaloryczny — musi zostać odprowadzone (analogicznie do skraplania). Do niedawna materiałem najczęściej branym pod uwagę w kontekście chłodzenia magnetycznego był gadolin, stosunkowo rzadki metal i silny ferromagnetyk. Następnie zespół DRREAM przyjrzał się związkom La(FeSi)13 i ich wodorkom, jako najbardziej obiecującym kandydatom dla chłodzenia magnetycznego w temperaturze pokojowej. Prowadzone w ramach projektu DRREAM poszukiwania najbardziej odpowiedniego materiału doprowadziły do opracowania zaawansowanych narzędzi umożliwiających badanie przemian fazowych zawierających lantan stopów żelaza, a także materiałów pozbawionych pierwiastków ziem rzadkich. Przy wykorzystaniu metody dyfrakcji neutronów o wysokiej rozdzielczości, naukowcy zbadali ab initio teorie magnetyzmu w temperaturze pokojowej. Co ważne, części wytworzone przy użyciu różnych technik zbadano pod kątem ich właściwości w zakresie wytwarzania energii termomagnetycznej. Uczeni potwierdzili działanie regeneratorów zapewniających o 50% większą wydajność chłodzenia przez chłodziarki. Najważniejszym rezultatem projektu jest zmniejszenie ilości pierwiastków ziem rzadkich, jakie będą stosowane w przyszłych domowych chłodziarkach magnetycznych. Znaczna poprawa wydajności materiałów magnetokalorycznych wolnych od pierwiastków ziem rzadkich pomoże w zmniejszeniu zarówno stopnia wykorzystania surowców, jak i kosztów przyszłych technologii.
Słowa kluczowe
Chłodzenie magnetyczne, magnetokaloryczne, pierwiastki ziem rzadkich, DRREAM, lantan
