Para sus pruebas, recubrieron un intercambiador de calor convencional (como se usa en equipos de refrigeración comercial) con el nuevo material, en cooperación con colegas del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar. Crédito:Dirk Lenzen
El calor residual de la industria a menudo no se puede utilizar debido a su baja temperatura. Con este material, se puede utilizar en sistemas de refrigeración respetuosos con el medio ambiente, por ejemplo, en el campo de la tecnología de la construcción. El equipo de investigación de Kiel presentará su material y sus aplicaciones en la Hannover Messe 2018.
Los dispositivos de refrigeración se consideran consumidores de energía, en los que todavía se utilizan refrigerantes contaminantes, incluso después de la prohibición de los clorofluorocarbonos (CFC). Una alternativa respetuosa con el medio ambiente son los sistemas que utilizan agua en su lugar. Un equipo de investigación del Instituto de Química Inorgánica de la Universidad de Kiel, junto con el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE en Friburgo, ha desarrollado un material muy poroso, con el que estos sistemas de refrigeración pueden funcionar utilizando menos energía eléctrica que antes. Calor residual no utilizado anteriormente, p.ej. de los sistemas de calefacción urbana, centros de datos, o el calor de los colectores solares térmicos podría utilizarse para ello. Los resultados se han publicado recientemente en la revista Materiales avanzados .
Los centros de datos en particular son fábricas de energía real:como efecto secundario de sus operaciones, las computadoras de alto rendimiento producen mucho calor, y por lo tanto debe enfriarse continuamente. Como tal, causan altos costos de energía y energía, mientras que al mismo tiempo emite calor residual no utilizado al medio ambiente, su temperatura es demasiado baja para otros usos. Teóricamente sin embargo, esto podría usarse para hacer funcionar sistemas de enfriamiento energéticamente eficientes, que utilizan agua como refrigerante (los denominados enfriadores de adsorción). Para hacerlo el material utilizado debe poder absorber mucha agua y regenerarse a las temperaturas más bajas posibles.
Con su material recientemente desarrollado llamado "CAU-10-H", mostrado aquí en forma de polvo, El equipo de investigación de Kiel tiene como objetivo hacer que los sistemas de refrigeración sean más eficientes. Crédito:CAU / Grupo de trabajo de existencias
Refrigeración respetuosa con el medio ambiente y que ahorra recursos
El material poroso, desarrollado por el profesor Norbert Stock del Instituto de Química Inorgánica y su grupo de trabajo, cumple estos requisitos. De esta manera, partes del proceso de enfriamiento de las enfriadoras de adsorción se pueden operar utilizando solo la energía de los sistemas térmicos solares o de calor residual existentes. Esto también podría hacer una contribución importante al uso de energías renovables, ", dijo Stock. Para sistemas ecológicos como este, el material tiene dos ventajas clave:" Los sistemas consumen menos energía, y podemos producir el material de manera ecológica, "explicó el químico inorgánico.
En estos denominados enfriadores de adsorción, el efecto de enfriamiento se produce cuando el calor ambiental se extrae mediante la evaporación del agua. Las moléculas de vapor de agua se depositan en las cavidades de un material poroso, llamados sorbentes, es decir, adsorbido por él. En la siguiente fase regenerativa se seca el material aplicando energía térmica. Las moléculas de agua almacenadas se liberan, licuar y se puede evaporar de nuevo en el siguiente ciclo. El material también se puede volver a utilizar.
Diferentes átomos (verde =aluminio, rojo =oxígeno, gris =carbono) juntos forman la estructura marco de CAU-10-H, que fue desarrollado en la Universidad de Kiel. En los poros dilatados puede absorber y liberar moléculas de agua (azul) de manera muy eficiente. Crédito:Dirk Lenzen
Los sorbentes utilizados en los sistemas de refrigeración suelen ser zeolitas cristalinas o geles de sílice, que pueden absorber agua fácilmente debido a su estructura. El material del equipo de investigación presenta propiedades de sorción particularmente buenas:puede absorber mucha agua muy rápidamente, y también suéltelo rápidamente de nuevo, incluso con un ligero aumento de temperatura. De este modo, el material está rápidamente listo para su uso nuevamente. "Esto es posible gracias al tamaño óptimo de los poros del material, y su perfecta interacción con las moléculas de agua, ", explicó Stock. La estructura cristalina altamente porosa de" CAU-10-H, que es el nombre oficial del material, el nombre de la ubicación del desarrollo, el número de versión y la abreviatura de hidrógeno:es un ejemplo de estructura organometálica (MOF). Se han probado en una amplia gama de áreas de aplicación en los últimos años.
De la investigación fundamental a la aplicación práctica
El grupo de trabajo de Kiel ya ha estado buscando el descubrimiento de nuevos MOF durante mucho tiempo, pero anteriormente solo como investigación fundamental pura. Para transferir a una aplicación industrial, trabajaron con colegas de Fraunhofer ISE para recubrir intercambiadores de calor disponibles comercialmente con su material. "El estudio del intercambiador de calor en condiciones relacionadas con la aplicación muestra el alto potencial del material", dijo el Dr. Stefan Henninger del ISE. En el laboratorio, el material ya se puede producir en cantidades de kilogramos en condiciones de reacción suaves, es decir, a una temperatura de 100 ° C con agua como disolvente ("síntesis verde"). "Para producir el material para uso industrial a mayor escala, nuestro siguiente paso es contactar con otras empresas, ", dijo Stock. Ya han solicitado una patente para su método de producción.
