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Rendere fantastici i magneti
Pensi che i magneti da frigorifero siano per le liste della spesa e le opere d'arte giovanile? Pensa di nuovo. I ricercatori di tutto il mondo stanno cercando di rivoluzionare la refrigerazione portando i magneti nel freddo.
Un gruppo dell'Ames Laboratory, un laboratorio del Dipartimento dell'Energia della Iowa State University, ha costruito un prototipo di unità di refrigerazione che trasforma materiali con determinate proprietà magnetiche in refrigeranti naturali. Nello specifico, il prototipo contiene l'elemento delle terre rare gadolinio , che secondo loro ha raffreddato il contenuto a 42 gradi Fahrenheit.
Il raffreddamento magnetico potrebbe portare a sistemi di raffreddamento più efficienti dal punto di vista energetico e più piccoli, sia per frigoriferi e condizionatori d'aria di consumo o per usi industriali come la produzione di idrogeno liquido per far funzionare le celle a combustibile. Ma trovare materiali che si raffreddino a temperatura ambiente, a un prezzo che non richieda sovvenzioni governative, non è facile.
Gli scienziati sono alla ricerca di materiali migliorati da tempo. Il cuore della ricerca è un fenomeno chiamato effetto magnetocalorico, in cui alcuni materiali si raffreddano se sottoposti a un campo magnetico variabile. Ci sono due indicatori dell'effetto magnetocalorico: un allineamento degli spin degli elettroni nel materiale, la magnetizzazione, e un effettivo calo della temperatura. A gennaio, i ricercatori dell'Università di Amsterdam, nei Paesi Bassi, hanno affermato che un composto di ferro, manganese e arsenico mostrava un forte allineamento dello spin degli elettroni, il che suggeriva che un materiale economico con l'effetto magnetocalorico sarebbe stato possibile.
Eppure i numeri possono essere fuorvianti, afferma il ricercatore di Ames Karl Gschneidner. C'è un problema, dice, nel fare affidamento sulla magnetizzazione. Ottieni solo il [cambiamento nell'entropia del materiale], e questa è solo una misura dell'effetto magnetocalorico. Il cambiamento di temperatura, dice, è il fattore più importante per i ricercatori interessati a costruire un dispositivo di raffreddamento magnetico.
Ci sono altri problemi, afferma Lawrence Bennett, professore di ingegneria presso l'Institute for Magnetics Research della George Washington University. Frigoriferi e condizionatori d'aria trasferiscono il calore da un luogo all'altro. Una pompa comprime un gas come il freon, rendendolo denso e caldo. Il gas scorre attraverso una serie di tubi; man mano che i tubi irradiano calore, il gas si raffredda e si trasforma in liquido. Il liquido viene forzato attraverso un'apposita valvola, si espande in un gas ancora più freddo, assorbe calore dall'interno del sistema di raffreddamento e quindi ripete il ciclo.
Perché un frigorifero magnetico funzioni, il materiale magnetocalorico deve assorbire calore da un lato ed espellerlo dall'altro. Ma la maggior parte dei materiali che sono stati testati sono cattivi conduttori di calore. Inoltre, i migliori materiali magnetocalorici sono i metalli, ma i campi magnetici mutevoli creano piccole correnti elettriche che utilizzano energia e possono rendere il raffreddamento molto meno efficace.
Tali inconvenienti sono il motivo per cui alcuni esperti come Bennett stanno studiando se i nanocompositi potrebbero essere creati con le caratteristiche necessarie. In linea di principio, i nanocompositi potrebbero essere molto migliori, dice. Ad esempio, il composito è in realtà una massa di minuscole particelle che non si toccano, interrompendo le correnti elettriche non appena iniziano. Il materiale magnetocalorico potrebbe essere abbinato a qualche altra sostanza che potrebbe dissipare più facilmente il calore.
Finora, però, i nanocompositi magnetocalorici sono solo un concetto. Nessuno è ancora in grado di produrre ciò di cui abbiamo bisogno, afferma Bennett, sebbene il dipartimento di chimica di George Washington abbia ricevuto una sovvenzione dal dipartimento di energia per provare.
Anche se tale sviluppo avrà successo, avverte Barrett, non è chiaro se gli ingegneri possano progettare prodotti commercialmente validi utilizzando la tecnologia. Quindi gli scienziati continueranno a cercare un materiale che sia adeguatamente attraente ei magneti rimarranno, per ora, sulla porta del frigorifero.