Летняя жара и растущие вычислительные мощности дата-центров подталкивают мир к поиску новых способов охлаждения. Учёные из Технологического института Карлсруэ (KIT) вместе с международными партнёрами проанализировали, насколько готовы к реальному применению так называемые калорические системы охлаждения - устройства, которые работают без жидких хладагентов (фреонов), наносящих серьёзный вред климату. Обзор опубликован в журнале Nature Energy.

Традиционные холодильники и кондиционеры используют компрессоры и газы, которые при утечке усиливают парниковый эффект. Калорическое охлаждение основано на другом принципе: специальные твёрдые материалы нагреваются под действием внешнего поля - магнитного, электрического или механического давления, - а при снятии воздействия остывают. Этот перепад температур можно использовать для переноса тепла, как в обычном холодильнике.

По данным Немецкой метеорологической службы, июнь 2026 года ознаменовался исторической волной жары. Ожидается, что к 2050 году мировое энергопотребление на охлаждение помещений более чем удвоится. Дополнительный спрос создаёт и развитие искусственного интеллекта: мощные серверы выделяют много тепла и нуждаются в надёжной защите от перегрева.

Прототипы калорических устройств уже демонстрируют заметные успехи. Системы на магнитном поле превысили мощность в три киловатта, что выводит их за рамки чисто лабораторных экспериментов и делает пригодными для более крупных задач. Механически приводимые образцы преодолели отметку в один киловатт. Компактные устройства на электрическом поле могут найти применение в электронике или носимой технике.

Однако между возможностями самого материала и эффективностью готового устройства сохраняется разрыв. Потери тепла, усталость материала и неполное использование работы цикла снижают общую производительность. "Материал может показывать большие перепады температур в лаборатории, - поясняет первый автор работы доктор Кун Ван из Института микроструктурной техники KIT. - Но важно, насколько эффективно этот эффект удаётся использовать для охлаждения в устройстве".

Исследователи составили дорожную карту внедрения. Ключевое требование - долговечность: устройства должны выдерживать миллионы циклов, чтобы надёжно работать годами. Кроме того, им необходимо быстро поглощать и отдавать тепло при минимальных затратах энергии на цикл.

В ближайшей перспективе калорические системы не заменят привычные холодильники повсеместно. "Сначала они будут интересны там, где традиционное охлаждение подходит к практическим пределам, - говорит руководитель группы доктор Цзинъюань Сюй. - Например, когда устройства должны работать очень тихо или когда нужно избегать хладагентов с высоким потенциалом глобального потепления". Стандартизированные испытания и демонстраторы, ориентированные на применение, покажут, какие системы подходят для этих задач.

Источник: Tech Xplore