Selamat tinggal Refrigeran, Halo Magnet: Ilmuwan Mengembangkan Pompa Panas yang Lebih Bersih dan Ramah Lingkungan
Para ilmuwan telah mengembangkan pompa panas magnetocaloric yang sesuai dengan sistem konvensional dalam hal biaya, berat, dan kinerja, sehingga menghilangkan zat pendingin yang berbahaya. Dengan mengoptimalkan bahan dan desain, pompa mencapai kepadatan daya yang sebanding, menawarkan alternatif yang lebih ramah lingkungan dan efisien untuk pemanasan dan pendinginan.
Para peneliti dari Laboratorium Nasional Ames Departemen Energi AS telah mengembangkan pompa kalor magnetokalorik yang menyaingi pompa kalor kompresi uap tradisional dalam hal berat, biaya, dan kinerja. Teknologi kompresi uap, yang telah menjadi dasar sistem pemanas dan pendingin selama lebih dari satu abad, bergantung pada zat pendingin yang menimbulkan risiko lingkungan yang signifikan. Bahan pendingin ini berkontribusi terhadap emisi karbon global dan, jika bocor, melepaskan bahan kimia yang berbahaya bagi manusia dan ekosistem.
Pompa kalor magnetocaloric menawarkan alternatif yang menjanjikan untuk pemanasan dan pendinginan dengan menghilangkan emisi zat pendingin dan beroperasi dengan efisiensi energi yang lebih besar. Namun, hingga saat ini, perangkat magnetocaloric masih kesulitan untuk mencocokkan sistem kompresi uap di ketiga bidang penting: berat, biaya, dan kinerja. Kemajuan baru ini menandai langkah signifikan menuju teknologi pemanasan dan pendinginan yang lebih berkelanjutan.
Julie Slaughter, ketua tim peneliti, menjelaskan penyelidikan mereka dimulai dengan membangun pompa kalor magnetokalorik. “Pertama-tama kami melihat apa yang ada di luar sana, dan seberapa dekat perangkat magnetocaloric yang ada dengan kompresor yang cocok,” katanya. “Selanjutnya kami mengembangkan desain dasar dan kemudian bertanya, 'Oke, sekarang seberapa jauh kita bisa mendorong teknologi ini?'”
Pompa kalor magnetokalorik bekerja dengan mengubah medan magnet yang diterapkan pada bahan magnetokalorik sambil memompa cairan untuk memindahkan panas. Slaughter menjelaskan bahwa hal ini biasanya dilakukan dengan magnet permanen. Inti dari perangkat ini melibatkan pemintalan magnet permanen relatif terhadap bahan magnetokalori dan menggunakan baja magnet untuk menjaga agar medan magnet tetap terkandung. Susunan ketiga bagian ini memainkan peran utama dalam prediksi tim saat mereka meneliti cara membuat pompa panas lebih padat daya.
Meningkatkan Penggunaan dan Efisiensi Material
Bagian lain dari penyelidikan mereka melibatkan evaluasi dua bahan magnetokalorik yang paling umum digunakan dalam pompa panas ini. Bahan berbahan dasar gadolinium dan lantanum-besi-silikon-hidrida.
“Pada perangkat dasar kami, kami membuatnya tetap sederhana dengan menggunakan satu bahan, gadolinium. Bahan lantanum-besi-silikon mempunyai kemampuan daya yang lebih tinggi dibandingkan gadolinium. Jadi, hal itu secara alami meningkatkan kepadatan daya. Hanya saja alat-alat tersebut tidak tersedia dan membutuhkan banyak bahan dalam satu perangkat untuk mendapatkan kinerja yang baik,” kata Slaughter. “Dalam evaluasi kami, kami menyertakan perkiraan kinerja LaFeSi untuk perangkat yang paling padat daya.”
Tim Slaughter berfokus pada penggunaan ruang dan material secara lebih efisien, serta mengurangi jumlah material magnet permanen dan baja magnetis yang diperlukan agar pompa dapat beroperasi secara efisien. Upaya ini membantu membuat bagian sistem inti sesuai dengan berat kompresor yang ada saat ini.
“Kami mampu menunjukkan bahwa kami kompetitif dengan kepadatan daya dari beberapa kompresor yang ada saat ini,” kata Slaughter. “Magnet permanen dan baja magnetis merupakan penyusun sebagian besar massa dibandingkan bahan magnetokalorik yang mahal, dan itu sangat membantu karena harganya yang terjangkau. Kami berasumsi, jika sebuah perangkat memiliki berat yang hampir sama, biaya produksi massal akan hampir sama.”
Referensi: “Teknologi pompa panas magnetocaloric yang skalabel dan kompak” oleh Julie Slaughter, Lucas Griffith, Agata Czernuszewicz dan Vitalij Pecharsky, 28 Oktober 2024, Energi Terapan.
DOI: 10.1016/j.apenergy.2024.124696
