Dingen heel koud maken kost een heleboel energie, maar dat kan zuiniger dankzij een speciale legering en magneten.
Koelen met magneten is een al lang gekoesterde wens, want de hudige manier van koeling met compressoren kost erg veel energie. Er zijn materialen die bij magnetiseren warmte opneemt en bij demagnetiseren die warmte weer afstaat; die zijn in principe geschikt om een koelcircuit van te maken.
In het laboratorium lukt dat ook wel, maar de methode is in gebruik erg onpraktisch is, omdat er supergeleidende magneten nodig zijn. Alleen die zijn krachtig genoeg om voldoende koelvermogen te maken. Supergeleidende magneten moeten zelf echter ook heel koud gehouden worden, waardoor je een dubbele koeling nodig hebt. Als je gewone magneten gebruikt zijn er een heleboel nodig, waardoor die magneetkoeling te duur wordt.
Metaal uitrekken
Dat kan simpeler, dankzij een combinatie van speciale magneten (die het zeldzame aardmetaal neodynium bevatten) en een metaallegering die demagnetiseert als je het materiaal vervormt. Met die combinatie maakten onderzoekers van de TU Darmstadt een systeem dat simpeler werkt dan andere magneetkoeling. De gebruikte neodyniummagneten zijn de sterkste niet-supergeleidende magneten: een magneetje ter grootte van een munt kan negen kilo optillen. De metaallegering bestaan uit nikkel, mangaan en indium.
Het koelen gaat nu als volgt: de metaallegering wordt bij de magneet gebracht, waardoor die magnetiseert en afkoelt. Vervolgens trek je de metaallegering van de magneet weg en breng die naar het te koelen object. Het metaal warmt dan op.
Om een volgende koelcyclus te starten moet de metaallegering eerst een bewerking ondergaan: hij verliest zijn magnetische lading alleen wanneer hij wordt samengedrukt. De metaallegering gaat daarom eerst door rollers, verliest zijn magnetisatie en is dan opnieuw te gebruiken. Het demagnetiseren gaat zo op het gewenste moment en snel.
Datacenters
Al deze materialen en technieken bestonden afzonderlijk, maar de onderzoekers hebben ze gecombineerd tot een bruikbaar systeem. Het vereist minder magneten dankzij de bijzondere metaallegering, en je hoeft de magneten zelf niet te koelen.
De toepassingen voor magneetkoeling zijn legio. Datacenters worden heel warm en verslinden nu grote hoeveelheden koelenergie. Iets soortgelijks geldt voor koelkasten die ook nog eens niet-milieuvriendelijke gassen gebruken als koelmiddel.
Er is wel een groot probleem: dit systeem bestaat nog niet. De onderzoekers keken naar individuele onderdelen van het systeem en concluderen met rekenwerk dat iets dergelijks moet werken. Maar hoe goed het werkt en hoe ingewikkeld het is om te maken moet nog blijken; de onderzoekers denken in 2022 pas een eerste prototype af te hebben dat laat zien wat de mogelijkheden zijn.
Beeld: André Wirsig
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.