Raffreddamento rispettoso del clima
I ricercatori del KIT e i loro partner analizzano le tecnologie di raffreddamento termico – Nature Review mette in evidenza i progressi compiuti, le questioni ancora aperte e le vie da seguire verso sistemi di raffreddamento sostenibili
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Con l’aumento delle temperature, la necessità di raffreddamento sta crescendo in tutto il mondo. I sistemi di raffreddamento convenzionali consumano grandi quantità di elettricità e utilizzano refrigeranti con un elevato potenziale di riscaldamento globale. Il raffreddamento calorico potrebbe rappresentare un’alternativa sostenibile grazie all’utilizzo di materiali allo stato solido al posto dei refrigeranti convenzionali. I ricercatori del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), in collaborazione con partner internazionali, hanno analizzato lo stato di sviluppo di tali sistemi. La loro rassegna, pubblicata su Nature, illustra i progressi raggiunti finora e le sfide che ancora ostacolano la loro applicazione pratica.
Secondo il Servizio meteorologico tedesco, il mese di giugno 2026 si è concluso con un’ondata di caldo senza precedenti. Poiché eventi estremi di questo tipo stanno diventando sempre più frequenti in tutto il mondo, si prevede che la domanda di energia per il raffreddamento degli ambienti raddoppierà abbondantemente entro il 2050. Anche il rapido sviluppo dell’intelligenza artificiale sta aumentando la domanda di raffreddamento, poiché i data center più potenti generano più calore residuo e devono proteggere in modo affidabile i propri server dal surriscaldamento. Il raffreddamento sta assumendo un’importanza sempre maggiore non solo negli edifici e nei data center, ma anche nei settori dell’elettronica, della medicina e della logistica. Finora, questa domanda è stata soddisfatta principalmente dai sistemi a compressione di vapore. Sebbene matura, questa tecnologia consuma grandi quantità di elettricità e può causare rumore a causa dei suoi compressori.
La ricerca della dott.ssa Jingyuan Xu dimostra che esistono altri modi per raffreddare. La ricercatrice all’inizio della carriera, vincitrice di numerosi premi, è a capo del gruppo di ricerca “Tecnologie di riscaldamento e raffreddamento a emissioni zero e rispettose dell’ambiente” presso l’Istituto di Tecnologia delle Microstrutture (IMT) del KIT. La sua competenza è alla base anche dell’attuale articolo di revisione, di cui è stata autrice responsabile. «Il raffreddamento calorico offre due vantaggi fondamentali: non richiede refrigeranti con un elevato potenziale di riscaldamento globale e può ridurre il consumo energetico», spiega Xu.
Progressi nei dispositivi
Le tecnologie di raffreddamento calorico utilizzano materiali che si riscaldano sotto l’azione di stimoli esterni e si raffreddano nuovamente quando lo stimolo viene rimosso. A tal fine possono essere utilizzati campi magnetici ed elettrici, così come la pressione o la deformazione da trazione. In un dispositivo, questo cambiamento può essere sfruttato per assorbire calore in un punto e rilasciarlo altrove, proprio come in un frigorifero.
Gli attuali prototipi mostrano quanto si sia evoluto il settore. Alcuni raggiungono ormai potenze di raffreddamento che vanno oltre le semplici dimostrazioni di laboratorio: i sistemi basati su campi magnetici superano i tre kilowatt, raggiungendo un intervallo di prestazioni rilevante per applicazioni di raffreddamento su larga scala. I prototipi ad azionamento meccanico hanno superato la soglia di un kilowatt. Dispositivi più piccoli che utilizzano campi elettrici potrebbero essere adatti all’elettronica o ai dispositivi indossabili.
Nonostante i notevoli progressi, permane un divario tra il materiale e le prestazioni di raffreddamento del dispositivo finito: le perdite di calore, l’affaticamento del materiale e il recupero incompleto del lavoro durante il ciclo di raffreddamento riducono le prestazioni complessive. «Il materiale può mostrare grandi variazioni di temperatura in laboratorio», afferma il primo autore, il dott. Nun Wang dell’IMT. «Ciò che conta, tuttavia, è l’efficienza con cui questo effetto può essere sfruttato per il raffreddamento in un dispositivo».
Piano d’azione per l’applicazione pratica
Nel loro studio, i ricercatori illustrano ciò di cui i sistemi calorici hanno ancora bisogno per garantire un raffreddamento affidabile nell’uso quotidiano. La durata è particolarmente importante: i dispositivi devono rimanere stabili per molti milioni di cicli se vogliono garantire un raffreddamento affidabile per anni. È inoltre fondamentale che siano in grado di assorbire e rilasciare calore rapidamente e che richiedano il minor consumo energetico possibile per il ciclo di raffreddamento.
Nel breve termine, i sistemi calorici non sostituiranno in modo generalizzato i sistemi di raffreddamento consolidati. «Inizialmente, saranno di interesse laddove il raffreddamento convenzionale raggiunge i propri limiti pratici», spiega Xu. «Questo può verificarsi quando i dispositivi devono funzionare in modo molto silenzioso o quando è necessario evitare refrigeranti con un elevato potenziale di riscaldamento globale». Test standardizzati e prototipi orientati alle applicazioni mostreranno quali sistemi sono adatti a questi impieghi.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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