Ogromny potencjał pomp ciepła z tlenkiem skandu w przyszłości
Pompy ciepła są powszechnie uważane za technologię służącą ochronie klimatu. Niemniej jednak, według wissenschaft.de, pompy ciepła i technologia klimatyzacji są odpowiedzialne za 20% globalnego zużycia energii elektrycznej, a tym samym za prawie 10% globalnej emisji gazów cieplarnianych. Naukowcy z Luksemburskiego Instytutu Nauki i Technologii opracowali teraz półprzewodnikową pompę ciepła, która jest znacznie bardziej przyjazna dla środowiska i wydajna dzięki nowemu materiałowi zawierającemu tlenek skandu.
Tlenek skandu umożliwia przełom w technologii chłodzenia
Pompa ciepła w rzeczywistości działa jak lodówka, tylko w odwrotnej kolejności: zamiast pobierać ciepło z przestrzeni wewnętrznej w celu schłodzenia przechowywanej tam żywności, pobiera ciepło z otoczenia w celu ogrzania przestrzeni wewnętrznej, na przykład salonu. Do tej pory technologia ta opierała się na procesach kompresji pary, które nie były szczególnie wydajne i wykorzystywały szkodliwy dla środowiska czynnik chłodniczy. Z drugiej strony, elektrokaloryczna pompa ciepła opracowana przez naukowców z Luksemburga generuje ciepło bezpośrednio z energii elektrycznej, a zatem nie wymaga sprężarki ani czynnika chłodniczego. Sekretem wysokiej wydajności nowej pompy ciepła jest unikalny związek ołowiu, tlenku skandu i tantalu. Jest to materiał kaloryczny, tj. związek metalu, który zmienia swoją temperaturę w polu magnetycznym lub elektrycznym lub poprzez odkształcenie mechaniczne.
Czy pompy ciepła wkrótce staną się bardziej przyjazne dla środowiska i wydajne?
Tantalan tlenku ołowiu i skandu nagrzewa się, gdy przepływa przez niego energia elektryczna i ochładza się, gdy zasilanie ustaje. Aby wykorzystać zmianę temperatury do generowania energii, naukowcy umieścili elementy wykonane z tego materiału pomiędzy dwoma obiegami płynów, z których jeden jest ogrzewany, a drugi chłodzony. W ten sposób zauważyli naprawdę cudowny wzrost wydajności: kaloryczna pompa ciepła osiągnęła 64% możliwej wydajności. Konwencjonalne pompy ciepła osiągają tylko 50% lub 30% ze względu na zastosowane materiały. System elektrokaloryczny ma również przewagę nad pompami ciepła opartymi na polu magnetycznym lub półprzewodnikowymi pompami ciepła, które działają w oparciu o odkształcenia mechaniczne. Ponieważ prąd przepływa bezpośrednio przez materiał, nie są wymagane żadne dodatkowe urządzenia do generowania pola magnetycznego lub wywierania siły mechanicznej.
Tlenek skandu niezbędny dla transformacji energetycznej i transportowej
Tlenek skandu jest ważnym surowcem przyszłości, ponieważ ten pierwiastek ziem rzadkich jest wykorzystywany w wielu kluczowych technologiach. Jako składnik lekkich stopów odgrywa coraz ważniejszą rolę w produkcji samochodów, zwłaszcza w Chinach(o czym informowaliśmy).
Przede wszystkim jednak duże ilości tlenku skandu są potrzebne do produkcji zielonego wodoru, co oznacza, że oczekuje się gwałtownego wzrostu popytu. Inwestycja w ten wyjątkowy pierwiastek ziem rzadkich jest więc z pewnością warta rozważenia.