Zima sa síce skončila, no téma vykurovania domácností ostáva stále dôležitá. Navyše, pri prudkom raste cien energií ľudia neustále hľadajú nové a úspornejšie riešenia. V Nemecku preto vedci prišli s nečakanou novinkou, ktorá môže vyrobiť teplo ekologickejšie a lacnejšie, ako to dokážu súčasné technológie. Reč je o takzvanej elastokalorike – inovatívnom spôsobe produkcie tepla a chladu, ktorý sľubuje vyššiu efektivitu a nižšiu spotrebu energie.
Čo je elastokalorika?
Ak ste o elastokalorike ešte nepočuli, pravdepodobne nie ste sami. Ide o pomerne nový princíp využitia kovových zliatin na získavanie a odvádzanie tepla. Na tomto riešení pracuje výskumný tím v nemeckom Saarbrückene. Základnou myšlienkou je použiť drôty zo zliatiny titánu a niklu, ktoré sa môžu opakovane naťahovať a sťahovať. Počas tohto pohybu absorbujú teplo z okolia a následne ho dokážu uvoľniť.
„Tento princíp nie je až taký novátorský, ako by sa mohlo zdať. Môžete ho pozorovať aj v bežnom živote – keď vezmete do ruky obyčajnú gumičku, natiahnete ju a pustíte, cítite, že sa gumička zohriala,“ vysvetľuje jeden z členov nemeckého vedeckého tímu. V prípade elastokaloriky sa však namiesto gumičky využívajú špeciálne drôty s tvarovou pamäťou, ktoré sú schopné účinnejšie pracovať s tepelnou energiou.
Svaly z kovu
Podstatnou súčasťou tejto novej technológie je samotný materiál – zliatina niklu a titánu, známa aj ako nitinol. Je charakteristická tvarovou pamäťou a vysokou pružnosťou. Po deformácii sa dokáže rýchlo vrátiť do pôvodného stavu a pri týchto zmenách tvaru vznikajú tepelné toky. „Čím viac kovových drôtov je zapojených do procesu, tým väčšie množstvo tepla sa uvoľní,“ hovorí expert, ktorý sa na projekte podieľa. Nie je preto náhoda, že vedci túto technológiu nazývajú „umelým svalom“ – pripomína totiž mechanizmus, ktorým pracujú skutočné svaly v ľudskom tele.
Zaujímavosťou je aj to, že titánovo-niklové zliatiny majú široké uplatnenie v strojárstve či medicíne, napríklad pri tvorbe implantátov. Teraz sa však ukazuje, že môžu nájsť významné využitie aj v oblasti vykurovania a chladenia. Keďže ide o technológiu na mechanickej báze, potenciálne prináša menej odpadu a vyššiu spoľahlivosť.
Ochladenie aj vykurovanie
Súčasný výskum sa zameriava nielen na výrobu tepla, ale aj na chladiace systémy. Vedecký tím už stihol predstaviť prvý prototyp chladničky s elastokalorickou technológiou. Stalo sa tak na tohtoročnom Hannoverskom veľtrhu, kde vzbudili veľkú pozornosť.
„V prototypovej chladničke cirkuluje dvesto extrémne tenkých nikel-titánových drôtikov, každý s priemerom len okolo 200 mikrometrov. Tieto drôtiky rotujú okolo chladiacej komory a v jednej fáze cyklu sa naťahujú, aby pohltili teplo, zatiaľ čo v druhej fáze sa sťahujú a odovzdávajú ho okoliu. Takto z komory odvádzajú teplo a ochladzujú ju,“ opisuje celý proces jeden z výskumníkov.
Výsledky sú viac ako sľubné: podľa nemeckých vedcov majú nikel-titánové drôtiky až desaťnásobne vyššiu účinnosť, než akú dosahujú bežné kompresné chladiace systémy. V praxi by to mohlo znamenať nižšiu spotrebu energie, a tým pádom aj nižšie náklady pre koncového používateľa.
Výkonnejšie než tepelné čerpadlo?
Vďaka spomínaným vlastnostiam môže elastokalorika slúžiť nielen na chladenie, ale aj na výrobu tepla podobne ako tepelné čerpadlá. Európska únia preto označila túto technológiu za mimoriadne perspektívnu: „V súčasnosti dosahujeme troj- až päťnásobne vyššiu efektivitu oproti dnešným systémom vykurovania a chladenia,“ uvádzajú členovia výskumného tímu. Dôležité je aj to, že celé zariadenie by v budúcnosti mohlo spotrebovať menej elektrickej energie.
Nemecká vláda sa preto rozhodla do projektu investovať – očakáva sa, že v priebehu deviatich rokov podporí výskum a vývoj sumou vyše 17 miliónov eur. Cieľom je dostať elastokalorické systémy na trh a overiť ich použiteľnosť aj v reálnych podmienkach.
Budúcnosť v domácnostiach aj v autách
Ak sa naplnia súčasné plány vedcov, elastokalorika by mohla priniesť revolučné zmeny v oblasti vykurovania a chladenia. Hovorí sa dokonca aj o možnom využití v elektromobiloch, kde by nová technológia mohla nahradiť tradičné klimatizačné systémy. Nižšia energetická náročnosť je v prípade elektromobilov mimoriadne lákavá, pretože zvyšuje dojazd a znižuje zaťaženie batérie.
Aplikácia elastokaloriky sa však pravdepodobne neobmedzí len na chladničky a dopravné prostriedky. V budúcnosti by mohla vykurovať a chladiť aj celé obytné budovy či administratívne priestory. V porovnaní so súčasnými systémami by mala byť nielen ekologickejšia, ale aj cenovo dostupnejšia, čo je vždy dobrá správa pre bežných spotrebiteľov.
Zhrnutie na záver:
Elastokalorika vyzerá byť jednou z najperspektívnejších technológií, ktoré by mohli do budúcnosti poskytnúť alternatívu k dnešným tepelným čerpadlám alebo kompresným chladiacim zariadeniam. Nemeckí vedci, podporovaní vládou, vidia v tejto inovácii obrovský potenciál. Ak všetko pôjde podľa plánov, už o niekoľko rokov by sme mohli zažívať novú éru vykurovania a chladenia založenú práve na princípe naťahovania a sťahovania inteligentných zliatin. Pre mnohých z nás by to mohlo znamenať výrazné zníženie účtov za energie, a pritom by sme ešte prispeli k ochrane životného prostredia.
Vyzerá to, že naša budúcnosť bude o krok bližšie k efektívnemu, cenovo výhodnému a zároveň ekologickému spôsobu vykurovania i chladenia. A to všetko vďaka materiálom, ktoré sa správajú takmer ako živé svaly, no v skutočnosti sú vyrobené z kovu.
