Sadece esneyerek ısınan ve soğuyan bir mühendislik alaşımı şimdiye kadarki en verimli katı hal ısı pompasını sunabilir. Fosil yakıtsız ısıtmanın geleceğini yeniden şekillendirebilecek bir atılım niteliği taşıyor. Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (HKUST) Mühendislik Okulu’ndaki araştırmacılar tarafından geliştirilen yeni elastik alaşım — Ti₇₈Nb₂₂ — olağanüstü bir performans sunuyor.
Elastik alaşım ısı pompalarında kullanılacak
Gerildiğinde veya sıkıştırıldığında, geleneksel metallere kıyasla 20 kat daha fazla geri dönüşümlü sıcaklık değişimi (ΔT) sergiliyor ve bu da onu geleneksel buhar sıkıştırmalı ısıtma ve soğutma teknolojilerinin yerini alacak güçlü bir aday haline getiriyor.
Binalardaki bölgesel sistemlerden endüstrideki yüksek sıcaklık proseslerine kadar dünyadaki toplam enerji tüketiminin yaklaşık yarısı termal enerji ihtiyacına gidiyor. Bu talep halen büyük ölçüde fosil yakıtların yakılmasıyla karşılanıyor ve bu da önemli miktarda sera gazı emisyonuna yol açıyor.
Faz geçişlerine dayalı katı hal ısı pompaları daha temiz bir alternatif sunuyor, ancak bunların verimliliği Carnot sınırının yalnızca yüzde 50-70’i ile sınırlı kalıyor. Isı pompası teknolojilerinin hem performansını hem de sürdürülebilirliğini artırmak, küresel çapta acil bir sorun olmaya devam ediyor.
Bu sorunu çözmek için Makine ve Uzay Mühendisliği Bölümü’nden (MAE) Profesör SUN Qingping ve ekibi, elastik deformasyon yoluyla oluşan ısıyı kullanan yeni bir ısı pompası yöntemi tanıttılar. Bu fenomene termoelastik etki (TeE) adı veriliyor.
Termoelastik etki (TeE) ilk olarak 19. yüzyıl bilim insanları Kelvin, Joule ve Duhamel tarafından keşfedilmiş olsa da uzun süredir pratik kullanım için çok zayıf olduğu gerekçesiyle göz ardı edilmiştir. Profesör Sun’ın ekibi, doğrusal elastik deformasyon altında 4–5 K’lik geri dönüşümlü bir sıcaklık değişimi (ΔT) gösteren [100] dokulu bir Ti₇₈Nb₂₂ martensitik polikristalin mühendisliğini yaparak bu varsayımı sorguladı; bu, tipik olarak yalnızca 0,2 K’lik bir değişim gösteren geleneksel metallerden yaklaşık 20 kat daha fazladır.
Şaşırtıcı bir şekilde, alaşım bir ısı pompalama çevrimi sırasında Carnot verimlilik sınırının yaklaşık %90’ına da ulaşır ve bu da onu ticari buhar sıkıştırma soğutucularıyla aynı seviyeye getirir.
