Obrovský potenciál tepelných čerpadel s oxidem skandia pro budoucnost
Tepelná čerpadla jsou obecně považována za technologii, která má zachránit klima. Nicméně podle portálu wissenschaft.de jsou tepelná čerpadla a klimatizační technologie zodpovědná za 20 % celosvětové spotřeby elektřiny, a tím i za téměř 10 % globálních emisí skleníkových plynů. Vědci z Lucemburského institutu pro vědu a technologii nyní vyvinuli tepelnou čerpadlo s pevným fázovým přechodem, které je díky novému materiálu s oxidem skandia výrazně šetrnější k životnímu prostředí a účinnější.
Oxid skandia umožňuje průlom v technologii chlazení
Tepelné čerpadlo vlastně funguje jako lednička, jen opačně: neodvádí teplo z vnitřního prostoru, aby ochladilo tam uložené potraviny, ale odebírá teplo z okolního prostředí, aby vytápělo vnitřní prostor, například obytné místnosti. Dosavadní technologie v této oblasti byla založena na nepříliš účinných parních kompresních procesech, při nichž se používalo chladivo škodlivé pro životní prostředí. Elektrokalorické pevné-fázové tepelné čerpadlo, které vyvinuli vědci z Lucemburska, naproti tomu vyrábí teplo přímo z elektřiny a obejde se tak bez kompresoru i chladiva. Tajemstvím vysoké účinnosti nového tepelného čerpadla je jedinečná sloučenina olova, oxidu skandia a tantalátu. Jedná se o kalorický materiál, tedy kovovou sloučeninu, která mění svou teplotu v magnetickém nebo elektrickém poli, případně při mechanickém deformování.
Budou tepelná čerpadla brzy ekologičtější a účinnější?
Tantalát olova, skandia a oxidu se zahřívá, když jím prochází proud, a ochlazuje se, když je přívod proudu přerušen. Aby mohli tuto změnu teploty energeticky využít, umístili vědci prvky z tohoto materiálu mezi dva kapalné okruhy, z nichž jeden se ohřívá a druhý ochlazuje. Přitom si všimli skutečně pozoruhodného zvýšení účinnosti: kalorické tepelné čerpadlo tak dosáhlo 64 % možné účinnosti. Běžná tepelná čerpadla dosahují kvůli použitým materiálům pouze 50 % nebo 30 %. Elektrokalorický systém přináší výhody i ve srovnání s pevnými tepelnými čerpadly založenými na magnetickém poli nebo pracujícími s mechanickou deformací. Jelikož proud protéká přímo materiálem, nejsou zapotřebí žádná další zařízení, která by vytvářela magnetická pole nebo vyvíjela mechanickou sílu.
Oxid skandia je nepostradatelný pro energetickou a dopravní transformaci
Oxid skandia je surovinou důležitou pro budoucnost, protože tento prvek vzácných zemin se používá v mnoha klíčových technologiích. Jako součást lehkých slitin hraje stále větší roli ve výrobě automobilů, zejména v Číně (jak jsme již informovali).
Především však jsou k výrobě zeleného vodíku zapotřebí velké množství oxidu skandia, což pravděpodobně povede k výraznému nárůstu poptávky. Investice do tohoto konkrétního prvku vzácných zemin proto určitě stojí za zvážení.