Магнитное охлаждение: Эко-альтернатива газовым хладагентам

Корейские ученые из Института материаловедения (KIMS) представили первую в стране полноцикловую технологию магнитного охлаждения. Это достижение охватывает разработку материалов, компонентов и модулей, открывая путь к экологически чистым и высокоэффективным системам охлаждения.

Новая технология приходит на смену традиционным холодильным системам, использующим газовые хладагенты, которые имеют негативное воздействие на окружающую среду. Магнитное охлаждение работает на основе магнитокалорического эффекта: температура хладагента меняется при воздействии внешнего магнитного поля, обеспечивая охлаждение в твердом состоянии без вредных выбросов.

Несмотря на потенциал, коммерциализация магнитного охлаждения сталкивалась с препятствиями. Высокая стоимость производства магнитокалорических материалов, зависимость от редкоземельных элементов и технологические сложности в массовом производстве крупноформатных компонентов, таких как пластины и тонкие провода, сдерживали развитие.

Исследовательская группа под руководством доктора Чон-У Кима и доктора Да-Сыль Шин успешно синтезировала новые магнитокалорические материалы на основе лантана (La) и марганца (Mn). С применением передовых методов обработки, включая горячую прокатку, холодное волочение и микрофрезерование, были изготовлены образцы в виде листов и тонких проводов. Эти инновационные методы позволили добиться почти конечной формы изделий, значительно повысив эффективность и надежность охлаждения.

Команда добилась впечатляющих результатов: были созданы крупноформатные тонкие листы (0.5 мм) на основе лантана и тонкие провода (диаметром 1.0 мм) на основе гадолиния (Gd), демонстрируя мировые стандарты качества на компонентном уровне. Для материалов на основе марганца, не содержащих редкоземельных элементов, ученые улучшили эффективность охлаждения, контролируя тепловой гистерезис и регулируя магнитную анизотропию.

Важным достижением стало создание первой в Корее системы для прямого мониторинга адиабатического изменения температуры магнитокалорических материалов и компонентов. Это позволило точно верифицировать различия в свойствах, зависящие от производственного процесса, и разрабатывать оптимизированные решения для систем магнитного охлаждения.

Развитие технологии происходит на фоне ужесточения мировых регуляций в отношении хладагентов. Кигалийская поправка к Монреальскому протоколу предусматривает полный запрет на производство и использование основных газовых хладагентов к 2030 году. Это стимулирует поиск альтернатив, и магнитное охлаждение рассматривается как перспективное решение нового поколения.

Исследователи из KIMS продолжают работу над повышением конкурентоспособности своей технологии, публикуя научные статьи и патентуя разработки. Результаты в области производства компонентов и материалов на основе не редкоземельных элементов уже достигли мирового уровня.

«После коммерциализации эта технология преодолеет ограничения традиционных газовых систем охлаждения и предложит экологически чистое и стабильное решение», — отметил доктор Чон-У Ким. Доктор Да-Сыль Шин добавил: «Мы стремимся развивать магнитокалорические технологии, создавать отечественную промышленную инфраструктуру и выходить на мировой рынок».