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Refrigerazione magnetica: in arrivo una rivoluzione per i frigoriferi?

Macchine silenziose, senza fluidi pericolosi o inquinanti e che consumano la metà. Della refrigerazione magnetica si parlava da anni, ma solo recentemente sono usciti dei prototipi dai laboratori. Vediamo come funziona questa tecnologia potenzialmente rivoluzionaria che presto potrebbe essere in commercio.

In tutte le nostre case c'è un eroe che ha salvato innumerevoli vite. Noi consideriamo la sua presenza scontata, ma quando non era disponibile, o disponibile solo per i più ricchi, ogni anno milioni di persone si ammalavano per intossicazioni alimentari, causate da cibi andati a male, e migliaia ne morivano.

Parliamo naturalmente del frigorifero che dal tempo della sua invenzione, avvenuta gradualmente, in varie parti del mondo nei primi due decenni del XX secolo, è in realtà cambiato molto poco: si basa sempre sulla circolazione, grazie a una pompa elettrica, di un fluido refrigerante che fatto evaporare mentre passa in serpentine all’interno del frigorifero, assorbe calore, per poi cederlo all’esterno, quando un compressore lo riporta allo stato liquido.

I limiti dei nostri frigo

Il punto debole di questa tecnologia è naturalmente il fluido refrigerante stesso: alcuni, come ammoniaca o anidride solforosa, sono fortemente tossici, altri, come il butano, pericolosamente infiammabili, mentre soluzioni più moderne come i clorofluorocarburi, o CFC, sono innocui per noi, ma distruttivi per lo strato di ozono che nell'atmosfera ci protegge dagli ultravioletti, e perciò sono stati banditi.

Varianti dei CFC usate oggi, chiamate HFC, sono meno dannose per l'ozono, ma sono anche meno efficaci e si sono rivelati potentissimi gas serra, 10-30mila volte più della CO2. E anche i consumi elettrici di un frigorifero non sono bassi: un modello in classe A+ consuma circa 1 kWh l'anno per ogni litro di volume raffreddato.

Una rivoluzione in arrivo

Ma adesso sta per arrivare sul mercato una vera rivoluzione tecnologica nella refrigerazione, rivoluzione di cui, in verità, si parlava da anni, ma che solo recentemente è riuscita a far uscire i suoi prototipi dai laboratori.

Parliamo della refrigerazione magnetica, il cui principio di funzionamento è, a dire il vero, piuttosto esoterico, anche se una bellissima dimostrazione dell’universalità dei principi della termodinamica.

Com’è noto questa comprende il concetto di entropia che, semplificando, si può intendere come la quantità di disordine presente in un sistema: più un sistema è disordinato e più, per così dire, ha assorbito energia, che ha portato scompiglio nei suoi elementi.

Se però, dall’esterno, riuscissi a ricreare ordine in quel sistema, abbassandone l’entropia, allora questo restituirebbe all’ambiente esterno l’energia che aveva causato il disordine al suo interno.

Ebbene, ci sono degli strani materiali, in particolare leghe dell’elemento gadolinio, dotati di una proprietà chiamata magnetocalorica, che consentono proprio di fare questo: sottoposti a un forte campo magnetico, gli atomi al loro interno si allineano, diventando molto ordinati, e l’oggetto perde all’esterno il calore derivato dalla perdita di entropia.

Il funzionamento

Un refrigeratore magnetico ha quindi un “cuore” di gadolinio immerso in un fluido termovettore (in genere acqua + glicole) e circondato da magneti: si fa partire il campo magnetico, il gadolinio si “riordina” e si scalda, mentre la soluzione porta via il calore, scaricandolo all’esterno.

Poi il campo magnetico si interrompe ed ecco che il gadolinio, per tornare al precedente stato disordinato di alta entropia, “succhia” calore dal fluido, che ora si raffredda e può essere fatto circolare nell’ambiente dove la temperatura va abbassata.

Ripetendo più volte il processo si possono ottenere temperature bassissime: in laboratorio il metodo viene utilizzato per avvicinarsi il più possibile allo zero assoluto, cioè -273,15 °C.

I vantaggi

La società francese Cooltech, si accontenta di molto di meno: dopo 13 anni di studi, molti finanziati dall’Unione Europea, sulla refrigerazione magnetica, è finalmente pronta a lanciarla sul mercato dei frigoriferi, per mandare in pensione i vecchi compressori.

I vantaggi di questa transizione, «sono decisivi - spiega a QualEnergia.it Vincent Delecourt, direttore marketing di Cooltech - niente più gas refrigeranti, con tutti i loro rischi e danni ambientali, sostituiti da un liquido a base di acqua, e consumi energetici, a parità di volume e temperature raggiunte, addirittura dimezzati rispetto ai sistemi tradizionali. Aggiungiamoci l’assenza di rumore, la necessità di minore manutenzione e la vita più lunga, ed ecco che la refrigerazione magnetica si presenta come un salto tecnologico molto importante, per il futuro mondo ambientalmente sostenibile: pensate ai risparmi che consentirà non solo nelle case, ma anche nei magazzini, nelle industrie, nei supermercati».

Ma ci sarà abbastanza gadolinio, un elemento raro e molto caro, per sostenere questa rivoluzione? In realtà - ci spiega Delecourt - si usa il gadolinio solo perché è la tecnologia più matura e disponibile.

«Ma esistono altri materiali con proprietà magnetocaloriche simili o persino superiori a quelle del gadolinio, in sperimentazione nei laboratori. Alcuni di questi sono leghe di elementi comuni ed economici, come il manganese: sicuramente l’inizio della commercializzazione della refrigerazione magnetica stimolerà la ricerca, portando a un fiorire di scoperte, innovazioni e miglioramenti dei prodotti».

Magneti al neodimio e una tecnologia sicura

I campi magnetici richiesti per la refrigerazione magnetica sono molto alti, intorno a 1 tesla, poco meno di quelli di una macchina per risonanza magnetica. Ma servono superconduttori per produrli? E non saranno pericolosi per le persone o dispositivi come le memorie magnetiche?

«Niente superconduttori - risponde il tecnico - usiamo semplici magneti permanenti al neodimio, come quelli dei motori elettrici, molto potenti, e facciamo variare il campo magnetico che applicano al gadolinio con un sistema di cui non posso parlare per motivi di brevetto. Quanto alla sicurezza, il campo magnetico prodotto diminuisce molto rapidamente con la distanza: a 3 centimetri dal gadolinio è già sotto ai 30 millitesla, cioè meno del livello previsto dalle norme di sicurezza europee. Il design del sistema impedisce di avvicinarsi a meno di 10 centimetri dalla parte magnetica, e quindi di essere sottoposti a campi superiori a 0,1 millitesla, cinque volte meno del limite di sicurezza per chi indossa pacemaker cardiaci».

Quando i primi frigoriferi magnetici sul mercato?

Cooltech, ci spiegano, è una piccola società con soli 30 dipendenti, non in grado di avviare la produzione su scala commerciale. In questa fase stanno proponendo le tecnologie alle industrie che già fabbricano frigoriferi di medie dimensioni di alta gamma, come quelli per i laboratori.

«Quel segmento di mercato, è il nostro primo obbiettivo. Successivamente vorremmo elaborare dispositivi di grande potenza, sopra i 20 kW per la grande refrigerazione industriale o dei supermarket e per l’aria condizionata. Solo in un terzo momento, quando i volumi di produzione saranno saliti e i prezzi diminuiti drasticamente, potremo pensare a cominciare a inserire le nostre tecnologie in modelli destinati al mercato domestico».

Insomma, prima di mostrare agli amici il nostro nuovo frigorifero al gadolinio, dovremo pazientare ancora un bel po’ …