Effetto magnetocalorico, tra harvesting e refrigerazione

Articolo a cura di Antonio PEPICIELLO

L’effetto magnetocalorico è un fenomeno caratteristico di alcuni materiali magnetici, i quali, se magnetizzati, subiscono una variazione di temperatura.

Tale effetto viene utilizzato per numerose applicazioni energetiche innovative, come l’energy harvesting o la refrigerazione ad elevata efficienza energetica e può giocare un ruolo decisivo nel processo di decarbonizzazione in corso.

I materiali magnetici

I materiali magnetici sono onnipresenti nel settore energetico, dalla generazione, alla trasmissione e all’utilizzazione dell’energia elettrica. Possono essere classificati in diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici.

Questi materiali si comportano in maniera differente quando sottoposti ad un campo magnetico. I materiali diamagnetici e paramagnetici si magnetizzano (ovvero mostrano proprietà magnetiche di attrazione o repulsione verso una sorgente di campo magnetico), solo quando sono soggetti ad un campo magnetico esterno. I materiali ferromagnetici, invece, mantengono le proprietà magnetiche anche in assenza di una sorgente di campo esterna.

Questi ultimi sono i materiali che manifestano l’effetto magnetocalorico.

Effetto magnetocalorico

L’effetto magnetocalorico si manifesta come una variazione di temperatura di un ferromagnete. E’ osservabile quando il ferromagnete si magnetizza o si smagnetizza ad una temperatura prossima alla sua temperatura di Curie.

La temperatura di Curie è caratteristica di ogni materiale ferromagnetico e indica la temperatura per la quale tale materiale perde le proprietà magnetiche acquisite. Per esempio, un classico souvenir magnetico, portato alla temperatura di Curie, si staccherebbe dalla superficie da cui è attratto.

I materiali magnetici usati per la refrigerazione o energy harvesting, quindi, devono essere scelti in base alla loro temperatura di Curie, adatta all’applicazione considerata. Ad esempio, per la refrigerazione a temperatura ambiente, come il condizionamento ambientale, si usa il Gadolinio, materiale che ha una temperatura di Curie pari a 19 °C.

Le possibili applicazioni

L’effetto magnetocalorico permette di realizzare cicli termodinamici. Sia per la generazione di energia (cicli diretti), che per il trasferimento di calore da sorgenti freddi a sorgenti calde (cicli inversi).

Per quanto riguarda la produzione di energia, i materiali magnetocalorici si usano per l’energy harvesting, ovvero per l’alimentazione di piccoli dispositivi elettronici non connessi alla rete elettrica. Tuttavia, trovano più ampia applicazione nell’industria della refrigerazione. I sostenitori della refrigerazione magnetica, infatti, le attribuiscono numerosi vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali a compressione di vapore. Tra questi un minor impatto ambientale e un’efficienza energetica teorica più elevata. La tecnologia è ancora in fase di ricerca e sviluppo, ma diversi prototipi sono stati realizzati in tutto il mondo, tra cui uno in Italia, presso l’Università di Salerno.