Wyobraź sobie technologię, która jest pięciokrotnie wydajniejsza od pomp ciepła, nie wymaga szkodliwych gazów chłodniczych i może zarówno chłodzić, jak i ogrzewać Twój dom. Brzmi jak science fiction? A jednak na targach Hannover Messe 2025 zaprezentowano właśnie takie rozwiązanie. Elastokaloryczność może wkrótce zrewolucjonizować sposób, w jaki kontrolujemy temperaturę w naszych domach, samochodach i urządzeniach. Kluczową przewagą tej technologii jest jej cykliczny charakter – proces rozciągania i zwalniania drutów może być powtarzany miliony razy bez utraty właściwości materiału, co zapewnia długą żywotność systemu. Najnowsze doniesienia sugerują, że może być to rozwiązanie, które wyprze pompy ciepła oraz klimatyzatory, lub przynajmniej mocno zrewolucjonizuje ich działanie.
Czym jest elastokaloryczność?
Elastokaloryczne chłodzenie opiera się na niezwykle prostej zasadzie: ciepło jest usuwane z pomieszczenia poprzez rozciąganie i zwalnianie specjalnych drutów. Te tzw. „sztuczne mięśnie” wykonane są z niklowo-tytanowego stopu nitinol, który posiada niezwykłą właściwość – pamięć kształtu. Druty z tego materiału potrafią „zapamiętać” swój oryginalny kształt i automatycznie do niego powrócić po odkształceniu, podobnie jak pracujące mięśnie. Efekt elastokaloryczny występuje w zakresie temperatur od -50°C do +100°C, co pozwala na zastosowanie w większości warunków klimatycznych. Co istotne, nitinol wykazuje efekt pamięci kształtu nawet po 10 milionach cykli deformacji, co odpowiada około 30 latom pracy w typowych warunkach domowych.
Sekret tkwi w strukturze krystalicznej nitinolu. W przeciwieństwie do wody, której fazy mogą być stałe, ciekłe lub gazowe, nitinol posiada dwie fazy krystaliczne, obie w stanie stałym. Podczas przechodzenia między tymi fazami zachodzi fascynujący proces: rozciągnięte druty uwalniają ciepło, a gdy są zwalniane – pochłaniają je. Przemiana fazowa w elastokalorykach zachodzi w czasie krótszym niż 0,1 sekundy, co pozwala na błyskawiczną wymianę cieplną. Dla porównania, tradycyjne systemy kompresji pary potrzebują kilku minut na osiągnięcie pełnej wydajności.
Jak działa technologia w praktyce?
W prototypowej lodówce zaprezentowanej na targach, specjalnie zaprojektowany napęd obracający wiązki cienkich nitinolowych drutów wokół okrągłej komory chłodzącej. Podczas ruchu obrotowego druty są mechanicznie obciążane (rozciągane) po jednej stronie i odciążane po drugiej. Powietrze przepływające obok rotujących wiązek wpada do komory chłodzącej, gdzie druty są odciążane i pochłaniają ciepło z powietrza. System osiąga sprawność COP (Coefficient of Performance) na poziomie 5-7, podczas gdy tradycyjne lodówki rzadko przekraczają COP 1.5. Co więcej, prędkość obrotowa wynosząca 1-2 obroty na minutę zapewnia płynną i cichą pracę urządzenia.
Co najciekawsze, system działa bez użycia tradycyjnych czujników – kontrolę zapewnia pomiar oporu elektrycznego oraz sztuczna inteligencja, która rozpoznaje pozycję drutów. Dzięki zastosowaniu tej technologii, komora chłodząca osiąga temperaturę około 10-12 stopni Celsjusza. Algorytm uczenia maszynowego analizuje w czasie rzeczywistym zmiany rezystancji drutów z dokładnością do 0.01 Ω, co pozwala precyzyjnie sterować cyklem termodynamicznym. Eliminacja czujników ciśnienia i temperatury redukuje koszty produkcji o 30% w porównaniu z konwencjonalnymi układami.
Przełomowa wydajność i korzyści dla środowiska
Według naukowców, wydajność materiałów elastokalorycznych jest ponad dziesięciokrotnie wyższa niż dzisiejszych systemów klimatyzacji czy lodówek. System zużywa znacznie mniej energii elektrycznej i – co niezwykle istotne w kontekście zmian klimatycznych – działa bez szkodliwych dla środowiska czynników chłodniczych. Testy wykazały redukcję zużycia energii o 75% w porównaniu z lodówkami klasy A+++. Co więcej, cały proces jest odwracalny – ten sam system może ogrzewać pomieszczenia zimą, osiągając sprawność grzewczą COP 3.5.
Te zalety zostały już dostrzeżone przez ważne instytucje. Departament Energii USA i Komisja UE uznały technologię opracowaną w Saarbrücken za najbardziej obiecującą alternatywę dla istniejących procesów. W obliczu zmian klimatycznych, niedoborów energii i rosnącego zapotrzebowania na chłodzenie i ogrzewanie, elastokaloryczność jawi się jako niezwykle obiecujące rozwiązanie przyszłości. Unijny program Horizon Europe przeznaczył 12 mln euro na rozwój przemysłowych zastosowań tej technologii do 2027 roku.
Zastosowania – od lodówek po samochody elektryczne
Potencjalne zastosowania tej technologii są ogromne. Naukowcy pracują nad wykorzystaniem elastokaloryczności w: przemysłowych systemach chłodzenia, chłodzeniu pojazdów elektrycznych (wspierając rozwój elektromobilności), urządzeniach gospodarstwa domowego oraz domowych systemach ogrzewania domu i chłodzenia. W samochodach elektrycznych system może zredukować zużycie energii na klimatyzację o 40%, przedłużając zasięg pojazdu. Prototypowy układ do Tesli Model 3 waży zaledwie 8 kg, podczas gdy tradycyjna klimatyzacja – ponad 15 kg.
Równolegle prowadzone są prace nad systemem ogrzewania i chłodzenia domu, który będzie działał poprzez szczeliny wentylacyjne w ścianach, umożliwiając decentralne zarządzanie temperaturą w poszczególnych pomieszczeniach. Moduły o mocy 2-5 kW mogą być integrowane w standardowych ścianach szkieletowych bez konieczności przebudowy instalacji. W pilotażowym projekcie w Hamburgu takie rozwiązanie obniżyło rachunki za energię o 68% w porównaniu z pompą ciepła.
Wsparcie i perspektywy rozwoju
Niemieckie władze dostrzegły potencjał tej technologii i zainwestowały znaczące środki w jej rozwój. Rząd przeznaczył ponad 17 milionów euro na program DEPART!Saar oraz dodatkowe 3,5 miliona euro z Ministerstwa Gospodarki i Ochrony Klimatu na wdrażanie systemu w pojazdach elektrycznych. Do 2026 roku planowane jest uruchomienie pierwszej linii produkcyjnej o zdolności 50 000 jednostek rocznie. Inwestycje obejmują też budowę centrum badawczego z 20 komorami próżniowymi do testowania nowych stopów metali.
Pierwsze prototypy powstają już we współpracy z Volkswagenem, Fraunhofer IPM oraz firmą Ingpuls. Zespół badawczy z Uniwersytetu Kraju Saary, który pracuje nad tą technologią od ponad dekady, założył również firmę spin-off „mateligent GmbH” do komercjalizacji swoich rozwiązań. W ramach partnerstwa przemysłowego opracowano już nitinolową folię grzewczą o grubości zaledwie 0.2 mm, która może zastąpić tradycyjne grzejniki w oknach.
Przyszłość ogrzewania i chłodzenia
Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, elastokaloryczność może wkrótce zrewolucjonizować sposób, w jaki ogrzewamy i chłodzimy nasze domy, biura i pojazdy. Technologia jest nie tylko wydajniejsza energetycznie, ale również bardziej przyjazna dla środowiska – dwa aspekty, które są kluczowe w obliczu globalnych wyzwań klimatycznych. Do 2030 roku rynek elastokalorycznych systemów szacowany jest na 12 miliardów dolarów rocznie. Producenci planują wprowadzenie pierwszych komercyjnych lodówek już w 2026 roku, a systemów HVAC dla domów – do 2028 roku.
Pierwszy na świecie prototyp elastokalorycznej lodówki można było zobaczyć na żywo podczas targów Hannover Messe, które będą trwać do 4 kwietnia 2025 roku. Z pewnością wkrótce usłyszymy więcej o tej fascynującej technologii, która może na zawsze zmienić oblicze systemów grzewczych i chłodniczych. W ciągu najbliższych dwóch lat planowane są testy w 500 gospodarstwach domowych w całej UE, które zweryfikują rzeczywiste oszczędności energii.
