De draden gaan om een blik heen, worden aan de ene kant getrokken en aan de andere kant losgelaten. De lucht stroomt over het metaal, voert de warmte af en koelt de kleine ronde kamer af. Er zit maar één drankje in, zodat de thuiskoelkast rustig kan slapen. Het prototype van de Universiteit van Saarland laat echter iets interessanters zien: koude kan worden geproduceerd door een metaallegering te vervormen, zonder gebruik te maken van de koelgassen van gewone airconditioners.
De technologie heet elastocalorische koeling. De overgang van blikje naar kamer wordt vooral toevertrouwd aan SMACool, een project gefinancierd door de Europese Unie met bijna 4 miljoen euro. Tegen september 2027 moet het consortium een airconditioner bestemd voor woongebouwen bouwen en valideren. Het wordt gecoördineerd door de Duitse universiteit, samen met de Federico II Universiteit van Napels, de Universiteit van Ljubljana en het Ierse bedrijf Exergyn. Het apparaat om in de woonkamer te plaatsen is er nog niet. Het principe dat het moet koelen draait echter al om een blikje.
Hoe te koelen met nikkel-titanium
In het midden van het systeem bevinden zich nikkel-titaniumdraden van slechts 200 micrometer dik, oftewel 0,2 millimeter. Deze legering behoort tot de materialen met vormgeheugen: wanneer deze wordt vervormd, gaat de kristallijne structuur van de ene vaste fase naar de andere; zodra de kracht is verwijderd, kan deze terugkeren naar de vorige configuratie.
Onderweg gebeurt er iets nuttigs. Als er aan de draad wordt getrokken of samengedrukt, warmt deze op en geeft warmte af aan de lucht of het water dat erlangs stroomt. Wanneer de spanning wordt verwijderd, koelt de legering af en absorbeert warmte uit de omgeving. Door de cyclus te herhalen, draagt het systeem thermische energie over van het ene punt naar het andere en kan het zowel als koelmachine als als warmtepomp functioneren. Er ontstaat geen kleine winter in het metaal: de warmte wordt eenvoudigweg verplaatst, zoals bij elke koelmachine, met een andere methode.
Er wordt echter elektriciteit gebruikt om het mechanisme te bewegen en de vloeistof te laten circuleren die de warmte transporteert. Wat verdwijnt is het circuit gevuld met koelmiddel. Het milieuvoordeel zal ook afhangen van de gebruikte energie, de materialen, de levensduur van het apparaat en de manier waarop het wordt geproduceerd. Een airconditioner die wordt aangedreven door elektriciteit uit fossiele brandstoffen, ontvangt niet automatisch de halo omdat er metalen draden in zitten.
Van 200 micrometer tot aan de muur van uw huis
Om een drankje te koelen is een heel klein kamertje voldoende. Een kamer vraagt om veel meer: meer vermogen, snelle warmtewisseling, een efficiënte motor en materialen die miljoenen vervormingen kunnen weerstaan zonder prestatieverlies.
De onderzoekers werken daarom ook aan 3D-geprinte poreuze nikkel-titaniumstructuren. Het zijn roosters vol kleine doorgangen waardoor lucht of water kan stromen. Hoe groter het oppervlak dat in contact komt met de vloeistof, hoe meer warmte kan worden overgedragen. Er worden nu verschillende geometrieën getest om te begrijpen welke erin slagen efficiëntie, weerstand en compacte afmetingen te combineren. Kortom, de airconditioner van de toekomst zou een hart kunnen hebben dat lijkt op een zeer dure metalen spons en beslist minder geschikt is voor gerechten.
SMACool heeft tot doel gedecentraliseerde eenheden te creëren die kunnen worden geïntegreerd in ventilatiesystemen van gebouwen. De buitenlucht moet door nauwe openingen in de muren binnenkomen en kamer voor kamer worden verwarmd of gekoeld. Het project streeft naar een twee tot drie keer hoger rendement dan de huidige verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen. Dit is een doelstelling die moet worden bereikt op het volledige apparaat, inclusief motor, verliezen en wisselaars, en niet een prestatie die al is gecertificeerd op een apparaat dat klaar is voor de markt.
20 graden is geen kamertemperatuur
Bij de in Saarbrücken ontwikkelde prototypes bereikten de onderzoekers volgens de onderzoekers temperatuurverschillen van ongeveer 20 °C op een eentrapscomponent. De gegevens beschrijven het thermische verschil dat door het systeem wordt geproduceerd tussen het warme gebied en het koude gebied. Het betekent niet dat het apparaat tijdens een hittegolf de temperatuur van een appartement al met 20 graden heeft verlaagd. Om dat te bereiken heb je voldoende luchtstroom, voldoende koelcapaciteit en prestaties nodig, gemeten in reële omgevingen.
Andere, minder spectaculaire en juist om deze reden doorslaggevende problemen blijven ook open: de mechanische vermoeidheid van de legering die aan continue cycli wordt onderworpen, de kosten van nikkel-titanium, de energie die nodig is om het te vervormen, de afmetingen en de mogelijkheid om de elementen op grote schaal te produceren. Een onderzoek uit 2026 gekoppeld aan SMACool geeft aan dat de efficiëntie van het systeem, de duurzaamheid van de materialen en het ontwerp van de regenerator die de warmte overdraagt, een van de problemen zijn die nog moeten worden aangepakt. Het Europese prototype is gemaakt om commerciële volwassenheid te benaderen.
Er is nog geen releasedatum aangekondigd voor SMACool. Tegen 2027 moet er een functionerend en gevalideerd apparaat voor thuisgebruik zijn; dan hebben we bedrijven nodig die bereid zijn het te produceren, te installeren en de duurzaamheid ervan te garanderen. Het blik is al koud. De kamer blijft voorlopig in het project.
