Здесь занимаются получением новых материалов, обладающих значительным магнитокалорическим эффектом и исследованием их физических характеристик, а также их техническим внедрением в компоненты магнитного холодильника. Все это поможет создать совершенно новый тип рефрижераторов.

Эффект магнита

В настоящее время, холодильники потребляют около 30% всей электроэнергии, которая тратится каждой среднестатистической семьей. В масштабах планеты на охлаждение сегодня расходуется до 10% всей вырабатываемой электроэнергии. Свежесть продуктов поддерживается шумными и энергетически неэффективными компрессорами, сжимающими газы-хладагенты – фреоны, которые обладают токсичными, озоноразрушающими и парниковыми свойствами.

Ученые давно занимаются поиском экологически безопасных и энергоэффективных технологий для создания новых типов рефрижераторов. Одно из перспективных направлений – использование магнитных материалов выступающих в качестве рабочих тел вместо газа, в которых используется процесс намагничивания и размагничивания вместо сжатия и расширения, характерных для классических моделей холодильников.

Магнитокалорический эффект (МКЭ) – изменение температуры магнитного вещества при изменении внешнего магнитного поля, воздействующего на него в адиабатических условиях. Наиболее ярко МКЭ проявляется при температурах, близких к наблюдаемым при магнитном фазовом переходе.

«В основе магнитного охлаждения лежит гигантский магнитокалорический эффект, – поясняет младший научный сотрудник лаборатории физики магнитных материалов и идейный вдохновитель проекта Григорий Римский (на фото). – Технически это выглядит просто: материал вносится в магнитное поле и нагревается, а при вынесении из поля – охлаждается. Интерес к исследованиям МКЭ обусловлен потребностью промышленности в специальных материалах для создания магнитных холодильных машин, в которых первые могут выступать в роли рабочего тела холодильной установки. Поэтому наибольший интерес представляют материалы со значительным значением МКЭ, в том числе в области комнатной температуры».

Поскольку плотность металлического сплава гораздо выше, чем у газа, значения запасенной энтропии (мера беспорядка), а, следовательно, и холодильной мощности, у него больше, что делает такие материалы эффективней и позволяет исключить экологически опасные фреоны. Второе преимущество – инноваторское техническое решение задачи по созданию внешних магнитных полей, необходимых для функционирования рабочего тела, что позволяет значительно снизить стоимость нового холодильника. Этим объясняется энергоэффективность новых твердотельных устройств на 25–30% по сравнению с газокомпрессорными аналогами.

Сложности реализации

Белорусские ученые регулярно отслеживают информацию о работе зарубежных коллег в этой области. Дело в том, что до сих пор еще никто не вышел на промышленный уровень, так как у этих перспективных материалов есть ряд недостатков: они быстро разрушаются в процессе магнитного цикла.

Но самое важное – заставить этот материал эффективно работать. В зарубежных лабораториях пока не смогли решить главную задачу: их материал функционирует в постоянном магнитном поле порядка 5–10 Тесла – а это огромные затраты энергии. С точки зрения энергоэффективности в такой разработке никакой пользы: тратится даже больше энергии, чем в традиционных холодильниках.

«Данную проблему мы решили путем принципиально нового подхода к созданию внешних магнитных полей с помощью импульсного источника, – объясняет ученый. – Это позволяет получать внешние магнитные поля достаточно больших величин необходимых для эффективного функционирования магнитного материала, не затрачивая колоссальные объемы энергии на создание постоянных магнитных полей. Кроме того, наш материал лишен ряда недостатков, которые есть у наших зарубежных коллег. В этом и есть главное преимущество, повторить которое, по нашим данным, пока никто не может. Но это только пока…

Как и в любых технологиях, нужно понимать, что конкуренты не сидят на месте. А перед тем, кто первым освоит эту технологию, открываются большие перспективы».

Дальнейшие шаги

Сейчас ученые НПЦ по материаловедению приступают к разработке отдельных узлов холодильника, работают над экспериментальной и технической частью. Главная цель – внедрить эти технологии в обычный холодильник и продемонстрировать очевидные преимущества. При этом в процессе моделирования нужно сохранить эффективность охлаждения.

Поскольку по данному проекту проведены лишь первоначальные исследования, для дальнейшей реализации необходима финансовая поддержка, которая будет направлена на улучшение уже найденных материалов и поиск новых, а также на отработку и налаживание технологических вопросов. Ученые тем временем продолжают ежедневные экспериментальные исследования, добиваясь оптимального результата.

В новинке могут быть заинтересованы производители холодильной техники – Минский завод холодильников ЗАО «Атлант», ЗАО «Холодон» и др.

Максим ГУЛЯКЕВИЧ

Фото автора, «Навука»