Warmtepomp installaties in onder andere Nederland zitten flink in de lift, en ook innovatie van deze efficiënte manier van verwarmen (en verkoelen) ligt niet stil. Zo zijn er onderzoekers bezig met allerlei manieren om afhankelijkheid van schadelijke stoffen te verminderen of de werking stiller te maken. Nu zouden onderzoekers in de materiaalwetenschappen aan de Britse Universiteit van Cambridge het voor elkaar gekregen hebben een Elektrocalorische warmtepomp te ontwikkelen.
In het wetenschapstijdschrift Science hebben de wetenschappers een artikel gepubliceerd waarin de nieuwe warmtepomp wordt beschreven. Het is in essentie een samenbundeling van al bestaande technieken en technologieën. In het samenraapsel van de verschillende technieken wordt echter slim gebruik gemaakt van het elektrocalorisch effect. Dit effect stelt sommige materialen in staat om warmte uit de omgeving te absorberen onder invloed van elektrische velden. Dit effect is al langer bekend, maar men was tot nu toe nog niet in staat om het in te zetten op een praktische schaal. De exacte werking van het fenomeen zou ook nog niet compleet doorgrond zijn, en onderzoek zou pas de laatste jaren echt van de grond gekomen zijn.
Werking van een conventionele warmtepomp.
De gangbare theorie stelt op dit moment dat een kristalstructuur door blootstelling aan een elektrisch veld in een specifieke richting wordt uitgelijnd. Dit zou voor een vermindering in de entropie zorgen, echter is dit niet mogelijk binnen een gesloten systeem en moet derhalve de entropie ergens anders in het systeem toenemen, in dit geval in de vorm van meer warmte. Als het systeem vervolgens aangesloten wordt aan een medium wat verwarmd moet worden kan deze afkoelen, terwijl de uitlijning van de kristalstructuur in stand wordt gehouden. Wanneer het kristal is afgekoeld kan deze weer afgesloten worden van de omgeving en het elektrische veld worden uitgeschakeld, dit zorgt ervoor dat de kristalstructuur weer willekeurig wordt. Hierdoor neemt de entropie in het systeem weer toe en zal deze moeten verminderen op een andere manier, in dit geval door af te koelen. Nu kan het systeem in verbinding worden gebracht met het te koelen medium en wordt er dus warmte gepompt. Hierna kan het proces opnieuw beginnen.
Illustratie van het vergelijkbare magnetocalorische effect binnen een systeem. Dit illustreert ook goed de werking van het elektrocalorische effect.
Dit is ook hoe conventionele warmtepompen werken, alleen wordt daarbij compressie en verdamping gebruikt, van doorgaans schadelijke vloeistoffen, om warmte te pompen. Dit nieuwe systeem zou echter een keramische vaste stof moeten kunnen gebruiken, wat dus complexiteit en risico's kan verminderen. De onderzoekers geven echter wel aan dat de technologie nog ver is van commercieel gebruik. De efficiëntie komt nog niet in de buurt van de zeer efficiënte gangbare warmtepompen. De potentie zou er echter wel zijn, en door het gebrek aan een compressor zou het een eenvoudigere en met name kleinere warmtepompen mogelijk moeten maken.
