Raziskovalci ljubljanske fakultete za strojništvo so razvili nov pogonski sistem za elastokalorično hlajenje, eno najbolj obetavnih tehnologij prihodnosti, ki bi lahko nadomestila današnje hladilne naprave. Njihova rešitev omogoča učinkovitejše delovanje in manjšo porabo energije, raziskovalci pa so zanjo vložili tudi patentno prijavo.

Konec hladilnikov, kot jih poznamo?

Raziskavo, ki so jo objavili v ugledni znanstveni reviji Nature Communications, je vodila elastokalorična skupina Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani pod vodstvom Jaka Tuška. Pri delu sta sodelovala tudi Laboratorij za nelinearno mehaniko in Laboratorij za modeliranje elementov in konstrukcij.

Raziskovalci so razvili nov pogonski sistem za elastokalorične naprave. Gre za novo generacijo hladilnih in ogrevalnih naprav, ki delujejo brez okolju škodljivih hladiv. Temeljijo na posebnih kovinskih materialih, ki se ob obremenitvi segrejejo, ob sprostitvi pa ohladijo, zato omogočajo energijsko učinkovitejše in tišje hlajenje.

Foto: Fakulteta za strojništvo UL Izum hlajenje

Današnje klimatske naprave in hladilniki namreč večinoma še vedno temeljijo na več kot 150 let stari parno-kompresijski tehnologiji, ki uporablja okolju škodljiva hladilna sredstva in deluje z razmeroma nizkim energijskim izkoristkom (do okoli 20-30 odstotkov). Zato razvoj učinkovitejših in okolju prijaznejših načinov hlajenja postaja vse pomembnejši tudi v boju proti podnebnim spremembam. Po ocenah številnih strokovnjakov elastokalorična tehnologija trenutno velja za eno najbolj obetavnih alternativ današnjim hladilnim sistemom.

Eden največjih izzivov pri razvoju elastokalorične tehnologije je izdelava dovolj zmogljivega, a hkrati energijsko učinkovitega pogonskega sistema. Takšni sistemi morajo ustvarjati zelo velike sile, pri tem pa porabiti čim manj energije in ostati dovolj kompaktni za uporabo v praktičnih napravah.

Novo razviti pogonski sistem omogoča bolj enakomerno delovanje elektromotorja in ponovno uporabo dela energije, ki se med delovanjem običajno izgubi. Uporablja štiri usklajeno delujoče elastokalorične elemente ter posebej zasnovan mehanski mehanizem, ki poskrbi, da je elektromotor med delovanjem skoraj ves čas enakomerno obremenjen. To zmanjšuje energijske izgube in potrebo po zelo zmogljivem motorju.

Raziskovalci so v raziskavi pokazali, da njihov sistem omogoča skoraj enakomerno delovanje pogona in lahko ponovno uporabi približno 70 odstotkov mehanske energije, ki bi se sicer izgubila, tudi pri zelo velikih obremenitvah. Računalniške simulacije pa nakazujejo, da bi bilo mogoče z nadaljnjimi izboljšavami učinkovitost povečati celo na približno 88 odstotkov.

"Ključna prednost rešitve je, da omogoča skoraj popolnoma enakomerno mehansko obremenitev pogonskega sistema in učinkovito vračanje energije med delovanjem. S tem se močno zmanjša potreba po maksimalni vhodni moči in v nadaljevanju omogoča optimizacijo pogonskega sistema tehnologije, kar je eden glavnih pogojev za prihodnjo uporabo elastokaloričnih sistemov v realnih napravah," je poudaril prvi avtor raziskave Andrej Žerovnik.

Vodja raziskovalne skupine Jaka Tušek je dodal, da razvita rešitev predstavlja pomemben preboj na področju elastokalorične tehnologije, saj neposredno naslavlja enega ključnih omejitvenih dejavnikov pri prehodu iz laboratorijskih demonstratorjev v praktične hladilne in ogrevalne sisteme. "Posebej nas veseli, da smo za razvito idejo vložili tudi patentno prijavo, kar potrjuje njen aplikativni in inovacijski potencial," je izpostavil.

Novi pristop po navedbah raziskovalcev omogoča kompaktnejšo, mehansko uravnoteženo in energetsko učinkovitejšo zasnovo naprav, kar pomembno približuje elastokalorično tehnologijo praktični uporabi in komercializaciji. Raziskava je nastala v sodelovanju raziskovalcev Andreja Žerovnika, Stefana Dall'Olia, Simona Krašne, Žige Ahčina in Jake Tuška. Podprla sta jo dva projekta Evropskega raziskovalnega sveta (ERC) - projekt za začetek samostojne raziskovalne poti ter projekt za potrditve koncepta - ter Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost RS (Aris).

dezurni@styria-media.si