Warmtepompen zijn lawaaiig, duur en daarom weinig populair bij veel mensen. Natuurkundigen werken nu aan een alternatief, calorische koeling. Wordt dit de doorbraak van elektrische huisverwarming en het einde van de centrale verwarming?
Wat is calorische koeling?
Om calorische koeling goed te begrijpen, moeten we goed naar een stof op moleculair niveau kijken, bijvoorbeeld water. Een watermolecuul (H2O) kan op enkele manieren bewegen, en dus energie opslaan. Het kan een snelheid hebben. Het kan om zijn as tollen, het kan inwendig vibreren tussen het zuurstofatoom en de twee waterstofatomen. En, omdat watermoleculen waterstofbruggen vormen, kunnen watermoleculen ook onderling vibreren. Het gevolg is dat water een van de hoogste warmtecapaciteiten per gram van alle stoffen heeft. Dat wil zeggen: het kost relatief veel energie om een kilogram water een graad op te warmen.
Bij calorische koeling wordt er bijvoorbeeld een elektrisch of magnetisch veld in het materiaal aangelegd. Dat betekent, dat de moleculen op minder verschillende manieren kunnen bewegen: zo trekt een elektrisch veld de positief geladen waterstofkant van het watermolecuul richting de negatieve kant, en de negatief geladen zuurstofkant juist naar de positieve kant. Als gevolg daarvan, wordt de bewegingsenergie verdeeld over bewegingen die nog wel toegestaan zijn. Daardoor stijgt de temperatuur van het materiaal, hoewel de hoeveelheid energie gelijk blijft. Dat komt doordat het veld door het inperken van de bewegingsvrijheid, de warmtecapaciteit laat afnemen. Dat overschot aan warmte vloeit weg naar buiten. Vervolgens schakel je het veld uit. En de temperatuur daalt weer, want de warmte-energie verspreidt zich weer.
Magnetische en elastische calorische koeling
Een vergelijkbaar effect treedt op met magnetische calorische koeling.
Tot slot is er ook een elastische calorische koeling. Trek je een postelastiek uit, dan wordt het heet. Een uitgerekt rubberpolymeer kan op minder verschillende manieren bewegen dan een ontspannen polymeermolecuul. Laat je het elastiek afkoelen tot de omgevingstemperatuur, en daarna ontspannen, dan koelt het bij het ontspannen nog sterker af. Weer om dezelfde reden als met elektrische en magnetische calorische koeling.
Efficiƫnter dan warmtepomp en Peltier elementen
Vooral elastische calorische koeling is efficiƫnter dan een warmtepomp. Een tweede voordeel is, dat er geen vaak giftige stoffen zoals ammoniak of freon nodig zijn om het apparaat te laten werken. Kortom: worden deze dingen goedkoper, dan kunnen we zowel onze huizen als onze koelkasten veel zuiniger, en dus goedkoper, verwarmen en koelen dan nu.
In onderstaande video van Matt Farrell van Undecided gaan ze dieper op elastische calorische koeling. Niet met postelastiek, maar met nitinol, een geheugenmetaal. Wordt straks ons huis zo verwarmd?