Njemački start-up razvija toplinsku pumpu bez kompresora i klasičnog rashladnog plina

Njemački start-up Qurie iz Freiburga razvija toplinsku pumpu koja bi mogla promijeniti način na koji se hlade manji industrijski sustavi, elektronika, laserska oprema, a dugoročno i stambeni prostori. Tvrtka, nastala iz Fraunhoferova Instituta za fizikalne mjerne tehnike, radi na sustavu koji ne koristi klasični kompresor ni uobičajeni rashladni krug, nego čvrste materijale s elektrokaloričkim učinkom. Ideja je tehnički složena, ali u osnovi vrlo jasna - materijal se zagrijava kada se na njega dovede električno polje, a hladi kada se to polje isključi.

Takav pristup mogao bi, prema navodima tvrtke, teorijski dosegnuti učinkovitost veću od 70 posto, dok se kod konvencionalnih toplinskih pumpi navodi oko 50 posto. U praksi bi to moglo značiti do 30 posto manju potrošnju električne energije. Važna prednost je i to što sustav ne ovisi o klasičnim rashladnim sredstvima, od kojih su mnoga već zabranjena ili se postupno povlače zbog utjecaja na ozonski sloj i visokog potencijala globalnog zagrijavanja. Prirodna rashladna sredstva postoje, ali nisu idealna za sve namjene jer neka mogu biti zapaljiva, dok CO2 traži vrlo visoke tlakove.

Qurie zato koristi drukčiji princip. U sustavu se nalaze elektrokalorički materijali, primjerice keramike ili polimeri poput PVDF-a, smješteni između elektroda. Kada se uključi električno polje, dipoli u materijalu se urede, entropija se smanjuje i materijal se zagrije. Kada se polje isključi, materijal se hladi. Ključni problem takvih sustava uvijek je bio prijenos topline, jer je upravo on ograničavao brzinu rada.

Zato je tvrtka razvila vlastiti sustav prijenosa topline na principu toplinskih cijevi. Umjesto stalnog protoka tekućine preko materijala, koristi se isparavanje i kondenzacija radnog medija, primjerice vode ili etanola, čime se toplina može prenositi mnogo brže i bez složenih mehaničkih dijelova. Qurie tvrdi da je već demonstrirao rad do 20 Hz, odnosno 20 ciklusa isparavanja i kondenzacije u sekundi, dok slični sustavi s tekućinom često ostaju na jednom do dva ciklusa u sekundi.

Put do tržišta ipak još nije završen. Dosadašnja četverostupanjska kaskada pokazala je rashladnu snagu od dva vata pri temperaturnoj razlici od dva kelvina, a sljedeći prototip trebao bi imati oko 20 segmenata, temperaturnu razliku od 20 kelvina i rashladnu snagu oko 100 W. Prve komercijalne primjene očekuju se u hlađenju upravljačkih elektroormara, fotoničkih i laserskih sustava, gdje su sigurnost i kompaktna izvedba posebno važni. Dugoročno, Qurie cilja na sustave od 100 W do 10 kW, uključujući manje toplinske pumpe za stambene zgrade.