Από ένα ιμέιλ ενος φίλου μου από τη Μυτιλίνη με πηγη το
emprosnet

10/06/2011

Ο αντικαταστάτης του σημερινού ψυγείου ετοιμάζεται ήδη στα εργαστήρια. Τα ψυγεία του μέλλοντος θα παράγουν ψύξη με τη βοήθεια μαγνητισμού και θα καταναλώνουν τη μισή ενέργεια απ’ ό,τι τα σημερινά ψυγεία.

Σε ένα τυπικό νοικοκυριό του δυτικού κόσμου, το ένα τέταρτο περίπου της κατανάλωσης ηλεκτρικού ρεύματος γίνεται από τα ψυγεία και τους καταψύκτες. Με τα σημερινά ψυγεία, είναι δύσκολο να επιτευχθεί εξοικονόμηση ενέργειας. Το ψυκτικό αέριο που κυκλοφορεί μέσα στις σωληνώσεις του ψυγείου πρέπει, σε κάθε ψυκτικό κύκλο, να συμπιέζεται. Οι κατασκευαστές προσπαθούν εδώ και χρόνια να αναπτύξουν λιγότερο ενεργοβόρους συμπιεστές. Φαίνεται ότι μέσα στα επόμενα δέκα χρόνια θα μπορούμε να εξοπλίσουμε το νοικοκυριό μας με ένα ψυγείο διαφορετικό από τα σημερινά, που θα καταναλώνει 60% λιγότερη ενέργεια.
Τα ψυγεία του μέλλοντος θα βασίζονται σε μια τεχνολογία εντελώς διαφορετική από αυτή των σημερινών ψυγείων. Η μαγνητική ψύξη, όπως αποκαλείται η μέθοδος, χρησιμοποιείται επί δεκαετίες σε εργαστήρια προκειμένου να επιτευχθούν θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, τους -273,15 βαθμούς Κελσίου. Τα τελευταία χρόνια, επιστήμονες στην Ευρώπη, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ κατασκεύασαν ειδικά φερρομαγνητικά υλικά, με τα οποία μπορεί να επιτυγχάνεται σταδιακή μείωση της θερμοκρασίας ενός ψυχόμενου χώρου, από τη συνήθη θερμοκρασία δωματίου σε μερικούς βαθμούς κάτω από το μηδέν. Επιστήμονες του Εθνικού Εργαστηρίου Risö της Δανίας κατάφεραν, χρησιμοποιώντας ένα – σχετικά φθηνό – κεραμικό μαγνήτη ψύξης, να κατεβάσουν τη θερμοκρασία ενός μαγνητικού ψυγείου από τους 20 στους 11,3οC. Δεν αρκεί φυσικά για να διατηρηθεί το γάλα κρύο, αλλά οι επιστήμονες ελπίζουν ότι σε ένα – δυο χρόνια θα έχουν έτοιμο ένα μοντέλο επίδειξης που θα ψύχει επαρκώς.

Το μαγνητικό ψυγείο είναι αθόρυβο
Στην αρχή, τα μαγνητικά ψυγεία θα είναι μάλλον ακριβά για να μπουν στην κουζίνα μας. Αναμένεται να κάνουν την εμφάνισή τους με τη μορφή επαγγελματικών ψυγείων και μηχανών αυτόματης πώλησης αναψυκτικών, ειδικά σε μέρη όπου είναι ανεπιθύμητοι οι θόρυβοι· κι αυτό γιατί τα μαγνητικά ψυγεία θα είναι σχεδόν αθόρυβα. Επιπλέον, θα βασίζονται σε κεραμικούς μαγνήτες και γι’ αυτό θα έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής, αφού τα κεραμικά δε σκουριάζουν.
Θα προκύψει επίσης ωφέλεια για το περιβάλλον, μια που τα μαγνητικά ψυγεία θα χρησιμοποιούν νερό ως ψυκτικό υγρό, αντί των υδροφθορανθράκων (HFCs) που χρησιμοποιούν τα συνηθισμένα ψυγεία. Αυτά τα αέρια συμβάλλουν σημαντικά στη δημιουργία του φαινομένου του θερμοκηπίου. Καθώς η ζήτηση για ψύξη αναμένεται να αυξηθεί, η συμβολή των αερίων αυτών στο ανθρωπογενές φαινόμενο του θερμοκηπίου θα φτάσει το 8% το έτος 2050 – από 1,5% σήμερα -, εκτός αν περάσουμε στο μαγνητικό ψυγείο.

Ο μαγνητοθερμικός κύκλος ψύξης
Η μαγνητική ψύξη βασίζεται στο μαγνητοθερμικό φαινόμενο, που είναι γνωστό ήδη από το 1881. Όταν ένα φερρομαγνητικό υλικό, μια σιδερένια ράβδος για παράδειγμα, μονωθεί θερμικά και εισαχθεί σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, προκύπτει στο σίδηρο μια μαγνητική διάταξη. Μπορούμε να εκλάβουμε τα ιόντα σιδήρου σα μικρές μαγνητικές ράβδους οι οποίες, προτού μαγνητιστούν, είναι στραμμένες τυχαίως προς διάφορες κατευθύνσεις και υπό την επίδραση του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου στρέφονται όλες προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση, μειώνοντας τη μαγνητική εντροπία του υλικού, καθώς και τη θερμοχωρητικότητά του. Επειδή η συνολική ενέργεια δε χάνεται και η συνολική εντροπία δε μειώνεται, το καθαρό τελικό αποτέλεσμα είναι η θέρμανση της ράβδου. Αυτή η επιπλέον θερμότητα μπορεί να απομακρυνθεί με ένα ρευστό, όπως νερό ή ήλιο. Κατά τη διάρκεια της ψύξης της ράβδου, το μαγνητικό πεδίο δε μεταβάλλεται κι έτσι δεν επιτρέπει στα μαγνητικά δίπολα να απορροφήσουν εκ νέου θερμότητα. Μετά την επαρκή ψύξη του μαγνητοθερμικού υλικού από το υγρό ψύξης και την απομάκρυνση του τελευταίου, ακολουθεί η φάση της αδιαβατικής απομαγνήτισης, όπου, σε συνθήκες μόνωσης και σταθερής ολικής εντροπίας, η ένταση του μαγνητικού πεδίου μειώνεται, με αποτέλεσμα η νέα αναδιάταξη των μαγνητικών διπόλων να γίνεται με χρήση θερμικής ενέργειας από τη ράβδο η οποία ψύχεται. Το μαγνητικό πεδίο διατηρείται σταθερό, για να αποτραπεί επαναθέρμανση του μαγνητοθερμικού υλικού. Το υλικό συνδέεται τότε θερμικά με το χώρο που πρόκειται να ψύξουμε, απορροφώντας θερμότητα από αυτόν. Με το μαγνητοθερμικό υλικό και τον ψυχόμενο χώρο σε θερμική ισορροπία, ο θερμοδυναμικός κύκλος επαναλαμβάνεται.
Αυτός ακριβώς ο κύκλος είναι που αξιοποιείται στα μαγνητικά ψυγεία. Αρχικά μαγνητίζεται ο μαγνήτης ψύξης από ένα σταθερό μαγνήτη, ο οποίος τον θερμαίνει. Κατόπιν, αποβάλλεται η θερμότητα με τη βοήθεια ενός θερμοεναλλάκτη, με αποτέλεσμα ο μαγνήτης ψύξης να είναι και κρύος και μαγνητισμένος. Με τον απομαγνητισμό που ακολουθεί, ο μαγνήτης είναι πραγματικά κρύος. Ένας άλλος θερμοεναλλάκτης μεταφέρει, από το εσωτερικό του ψυγείου, θερμότητα στο μαγνήτη, ο οποίος έτσι αποψύχεται. Το ψυκτικό υγρό ρέει μεταξύ των δύο θερμοεναλλακτών, στέλνοντας θερμότητα στα στοιχεία ψύξης και ταυτόχρονα ψύξη στο ψυγείο.
Το γεγονός ότι ένα μαγνητικό ψυγείο έχει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας οφείλεται στην αναστρεψιμότητα του μαγνητοθερμικού φαινομένου. Έτσι, δεν υπάρχει απώλεια ενέργειας ούτε όταν μαγνητίζεται ούτε όταν απομαγνητίζεται ο μαγνήτης ψύξης.

ΣΕ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ »SCIENCE ILLUSTRATED»

Advertisements