Des chercheurs du Royaume-Uni et d'Espagne ont identifié un solide respectueux de l'environnement qui pourrait remplacer les gaz inefficaces et polluants utilisés dans la plupart des réfrigérateurs et des climatiseurs.

Lorsqu'il est mis sous pression, les cristaux de plastique de néopentylglycol produisent d'énormes effets de refroidissement, suffisamment pour qu'ils soient compétitifs avec les liquides de refroidissement conventionnels. En outre, le matériel est bon marché, largement disponible et fonctionne à une température proche de la température ambiante. Les détails sont publiés dans le journal Communication Nature .

Les gaz actuellement utilisés dans la grande majorité des réfrigérateurs et des climatiseurs — les hydrofluorocarbures et les hydrocarbures (HFC et HC) — sont toxiques et inflammables. Quand ils fuient dans l'air, ils contribuent également au réchauffement climatique.

« Les réfrigérateurs et les climatiseurs à base de HFC et de HC sont également relativement inefficaces, " a déclaré le Dr Xavier Moya, de l'Université de Cambridge, qui a dirigé la recherche avec le professeur Josep Lluís Tamarit, de l'Universitat Politècnica de Catalunya. "C'est important car la réfrigération et la climatisation consomment actuellement un cinquième de l'énergie produite dans le monde, et la demande de refroidissement ne fait qu'augmenter."

Pour résoudre ces problèmes, les scientifiques des matériaux du monde entier ont cherché des réfrigérants solides alternatifs. Moya, un chercheur de la Royal Society au département des sciences des matériaux et de la métallurgie de Cambridge, est l'un des leaders dans ce domaine.

Dans leurs recherches récemment publiées, Moya et ses collaborateurs de l'Universitat Politècnica de Catalunya et de l'Universitat de Barcelona décrivent les énormes changements thermiques sous pression obtenus avec les cristaux de plastique.

Les technologies de refroidissement conventionnelles reposent sur les changements thermiques qui se produisent lorsqu'un fluide comprimé se dilate. La plupart des dispositifs de refroidissement fonctionnent en comprimant et en dilatant des fluides tels que les HFC et les HC. Au fur et à mesure que le fluide se dilate, il baisse en température, refroidir son environnement.

Avec des solides, le refroidissement est obtenu en modifiant la structure microscopique du matériau. Ce changement peut être obtenu en appliquant un champ magnétique, un champ électrique ou par la force mécanique. Depuis des décennies, ces effets caloriques ont pris du retard par rapport aux changements thermiques disponibles dans les fluides, mais la découverte d'effets barocaloriques colossaux dans un cristal plastique de néopentylglycol (NPG) et d'autres composés organiques apparentés a nivelé le terrain de jeu.

En raison de la nature de leurs liaisons chimiques, les matières organiques sont plus faciles à comprimer, et NPG est largement utilisé dans la synthèse des peintures, polyester, plastifiants et lubrifiants. Ce n'est pas seulement largement disponible, mais aussi peu coûteux.

les molécules de NPG, composé de carbone, hydrogène et oxygène, sont presque sphériques et n'interagissent que faiblement. Ces liaisons lâches dans sa structure microscopique permettent aux molécules de tourner relativement librement.

Le mot "plastique" dans "cristaux de plastique" ne fait pas référence à sa composition chimique mais plutôt à sa malléabilité. Les cristaux de plastique se situent à la frontière entre les solides et les liquides.

La compression du NPG produit des changements thermiques sans précédent dus à la reconfiguration moléculaire. Le changement de température atteint est comparable à ceux exploités commercialement dans les HFC et les HC.

La découverte d'effets barocaloriques colossaux dans un cristal plastique devrait amener les matériaux barocaloriques à la pointe de la recherche et du développement pour obtenir un refroidissement sûr et respectueux de l'environnement sans compromettre les performances.

Moya travaille maintenant avec Cambridge Enterprise, la branche de commercialisation de l'Université de Cambridge, commercialiser cette technologie.