La réfrigération fait tellement partie de notre quotidien depuis si longtemps que nous y pensons rarement. Nos aliments sont frais et nos bureaux et pièces à vivre sont à température contrôlée grâce à la technologie de compression de vapeur développée il y a plus d'un siècle, qui est devenu une partie intégrante des soins médicaux, transport, défense militaire, et plus.

Selon l'Energy Information Administration des États-Unis, près d'un quart de la consommation totale d'électricité aux États-Unis va au refroidissement sous une forme ou une autre. Globalement, le Programme des Nations Unies pour l'environnement estime que le nombre d'appareils de refroidissement en fonctionnement va plus que doubler d'ici 2050. Les systèmes de compression de vapeur d'aujourd'hui déplacent la chaleur à travers un cycle en boucle fermée en comprimant, condensation, expansion, et évaporer un fluide réfrigérant. Selon la configuration et le mode de fonctionnement, Les systèmes à compression de vapeur peuvent fournir un refroidissement et/ou un chauffage des locaux pour maintenir un environnement confortable dans les bâtiments. Et bien que la compression de vapeur soit une technologie très mature et relativement peu coûteuse à fabriquer, il a presque atteint sa limite théorique d'efficacité énergétique potentielle. Nous avons besoin de nouveaux systèmes qui amélioreront l'efficacité énergétique du refroidissement.

Pour ces raisons, un groupe de scientifiques et d'ingénieurs du laboratoire Ames du département de l'Énergie des États-Unis sont inspirés par l'idée que la réfrigération pourrait être radicalement améliorée, rendue moins chère, nettoyeur, et plus économe en énergie, en abandonnant la compression de vapeur pour quelque chose d'entièrement nouveau :un système calorique à l'état solide. Les systèmes caloriques à semi-conducteurs s'appuient sur les phénomènes thermiques réversibles pour fournir le refroidissement et le chauffage lorsqu'un magnétique, électrique, ou le champ de contrainte varie, par exemple. magnétocalorique, électrocalorique, et élastocalorique respectivement. L'idée que les systèmes caloriques pourraient être utilisés en remplacement de la technologie de réfrigération traditionnelle n'est en fait pas nouvelle. Depuis 20 ans, Les scientifiques des matériaux ont recherché des composés capables de générer de forts effets de refroidissement lorsqu'ils sont cycliquement sollicités. D'autres gains d'efficacité peuvent également être réalisés en combinant plusieurs de ces phénomènes caloriques, quelque chose qui n'est pas offert par la compression de vapeur.

"C'est comme remplacer l'ampoule à incandescence par une ampoule LED. Cette nouvelle technologie pourrait avoir un impact similaire, mais avec le potentiel de réaliser d'une manière complètement différente et encore plus efficace et durable, " a déclaré le chef de projet Vitalij Pecharsky, Scientifique du laboratoire Ames et professeur émérite de la science et de l'ingénierie des matériaux à l'Iowa State University Anson Marston. "Nous sommes en retard pour le même genre de changement dans les industries de la réfrigération et de la pompe à chaleur." Et bien qu'il existe de nombreux matériaux et systèmes prometteurs, au point même que des prototypes d'appareils élégants ont été déployés lors de salons industriels ces dernières années, le coût reste un obstacle important à l'adoption généralisée par les fabricants et les consommateurs.

Le laboratoire Ames est dans la recherche de matériaux caloriques depuis longtemps, remontant à leur découverte révolutionnaire de l'effet magnétocalorique géant en 1997, et la recherche actuelle leur a valu cinq brevets dans la seule découverte de matériaux.

Maintenant, ils se tournent vers le développement de matériaux et de systèmes.

L'effort de recherche vise à réduire les coûts des systèmes caloriques en augmentant la densité de puissance des systèmes magnétocaloriques et élastocaloriques. Dans les systèmes magnétocaloriques, être capable de produire des effets de refroidissement accrus dans un champ magnétique plus petit est la clé du contrôle des coûts. Dans les systèmes élastocaloriques, réduire le champ de contrainte à des valeurs plus petites, réduit à la fois la taille et le coût du ou des actionneurs, et prolonge la durée de vie de la matière active. En outre, dit Pécharski, le contrôle des pertes d'énergie du système grâce à une ingénierie intelligente sera vital.

« Nous savons que c'est faisable. Cela a été démontré à plusieurs reprises. Mais nous savons que le véritable obstacle qui empêche le passage à une technologie commercialisable est l'abordabilité, et c'est ce à quoi nous nous attaquons dans notre effort actuel, " dit Pécharski.