Prima stesura articolo: 2017

Collegandomi ad una delle problematiche ambientali di maggior rilievo di questi ultimi anni, vorrei porre l’attenzione di chi sta leggendo sull’impatto ambientale che caratterizzano alcuni fluidi frigoriferi impiegati nei sistemi frigoriferi per la produzione del freddo nel settore civile, terziario ed industriale, soprattutto per la conservazione degli alimenti.

In passato, gran parte di questi impianti (parliamo di cicli frigoriferi a compressione) utilizzavano fluidi contenenti cloro (CFC), sostanza in parte responsabile della distruzione dell’ozono stratosferico. La successiva evoluzione delle normative e della legislazione (parliamo dell’anno 1987, protocollo di Montreal) ha posto stringenti limiti all’utilizzo di tali fluidi frigoriferi, spingendo progressivamente verso sostanze “più ecologiche”, o meglio a basso effetto distruttivo per l’Ozono (indice ODP, Ozone Depletion Potential). Tali fluidi sono stati sostituiti dagli IdroFluoroCarburi (HFC).
Le recentissime normative ambientali (se volete approfondire basta cercare “regolamento F-Gas”) hanno ristretto l'impiego anche di questi fluidi, in quanto ritenuti in parte responsabili al cosiddetto riscaldamento globale.

Da questa mia breve introduzione si evince la necessità di trovare al più presto soluzioni meno inquinanti per l’ambiente e soprattutto rivolte a contenere i consumi energetici.

Ultimamente si sta sempre più spesso parlando di una possibile alternativa basata sul principio della “refrigerazione magnetica”; il principio fisico che sta alla base della refrigerazione magnetica è l’ “effetto magnetocalorico”. Stiamo parlando del lontano 1881 quando se ne sentì parlare per la prima volta da Emil Gabriel Warburg (1846-1931).

Dovete sapere che l’acciaio, se sottoposto ad un campo magnetico, incrementa la sua temperatura (stiamo parlando di frazioni di grado, quindi valori molto contenuti); se il materiale viene in un secondo momento estratto dal campo magnetico si raffredda, tornando alla temperatura iniziale. In pratica esistono alcuni materiali che mostrano variazioni di temperatura nel momento in cui vengono sottoposti alla variazione di un campo magnetico.

Quale era il limite di questa scoperta? Il campo di temperatura nel quale questi fenomeni risultavano significati ma straordinari sviluppi scientifici di questi ultimi anni hanno portato al perfezionamento dei materiali magnetocalorici. Il raffreddamento magnetico può essere impiegato sia a temperature ambiente che livelli ben più elevati (circa 200 °C). Questo aspetto apre le porte alla possibile progettazione di pompe di calore magnetiche per il riscaldamento degli edifici o persino produrre energia con sorgenti di calore a bassa temperatura.

Il vantaggio di questa tecnologia è rappresentato dalla sua innocuità ambientale, ovviamente trattando con adeguata cautela i campi magnetici in gioco. In linea di massima, la refrigerazione magnetica permette di ottenere coefficienti di prestazione (COP) decisamente elevati.
Sono oramai più di 30 anni che le ricerche sui materiali magnetocalorici, adatti alla refrigerazione magnetica a temperature prossime a quella ambiente, sono iniziate; giusto per dare qualche spunto di ricerca per approfondimenti, uno dei punti cardini di questa evoluzione scientifica è l’invenzione delle leghe basate sul Gadolinio (Gd). Potrete trovare molti articoli anche sul Manganese (Mn).

Stiamo parlando di materiali ancora in fase di studio ma, visti gli enormi risultati ottenuti negli ultimi anni, risulta sicuramente essere una tecnologia sempre più interessante, anche per applicazioni su larga scala, con applicazioni pratiche nei processi industriali, negli impianti HVAC, nei veicoli spaziali, nei refrigeratori, nelle pompe di calore, nelle automobili, nei treni, e nei aeroplani.

Il principio di funzionamento di un refrigeratore magnetico è simile a quello convenzionale. Ad esempio, anziché avere la compressione del gas refrigerante abbiamo una lega magnetocalorica che viene mossa all’interno di un campo magnetico. Nel refrigeratore tradizionale il refrigerante si surriscalda e dopo deve essere raffreddato mediante l’estrazione di calore, in quello magnetico al posto del refrigerante abbiamo la lega metallica che immersa nel campo magnetico aumenta la sua temperatura per poi diminuirla una volta allontanatasi da esso.

Per quanto riguarda invece l’aspetto prestazionale di queste ipotetiche future soluzioni innovative, si parla di coefficienti di performance (COP) circa 6 volte superiori alle attuali macchine frigorifere, quindi a parità di resa, potenze di assorbimento 6 volte inferiori. Si tratta di una tecnologia differente da quella tradizionale, quindi confrontare i COP di queste due soluzioni è poco costruttivo.

C’è da dire che, con le informazioni disponibili oggi, l’eventuale “problematica” (se vogliamo chiamarla così) di questi sistemi è legata alla necessità di magneti potenti e soprattutto ingombranti, quindi ad oggi particolarmente costosi. Ci sono sicuramente le basi per estendere l’applicazione di questi sistemi anche nell’ambito del riscaldamento, ovviamente con le tempistiche che conosciamo tutti.

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Ing. Marcenaro Luca

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