קריר וחסכוני: מזגנים מגנטיים

רוב מכשירי הקירור המסחריים דוחסים גז קירור או נוזל קירור ואז מניחים לו להתפשט במחזוריות חוזרת ונשנית. מחזור הדחיסה וההתפשטות לסירוגין שואב חום מן החדר או מחלל המכשיר. אבל מדחסים הם זללני אנרגיה. ורוב הגזים המשמשים לקירור, תורמים בהיפלטם לחימום האטמוספרה לפחות פי אלף מפחמן דו-חמצני באותה כמות.

חוקרים בחברת אסטרונאוטיקס קורפוריישן אוף אמריקה ממילווקי שבוויסקונסין מפתחים מכשיר קירור המבוסס על מגנטים ואינו זקוק למדחס.

כל חומר מגנטי מתחמם במידה כלשהי כשהוא נחשף לשדה מגנטי, ומתקרר כשהחשיפה חולפת. התחבולה הזאת קרויה האפקט המגנטו-קלורי. חומר אוצר בתוכו חום באמצעות תנודות של האטומים שלו. כשהשדה המגנטי מסדר את האלקטרונים שבמתכת בכיוון מסוים ומונע מהם תנועה חופשית, אטומי המתכת מתנודדים עוד יותר, והמתכת מתחממת (תהליך זה מקביל לפעולת המדחס). כשמסירים את השדה החומר מתקרר (בדומה לגז המתפשט במכשיר קירור רגיל).

התופעה הזאת התגלתה כבר ב-1881, אבל לא ניסו לעשות בה שימוש מסחרי כי, מבחינה תיאורטית, צריך להשתמש במגנטים מוליכי-על מקוררים לטמפרטורות נמוכות מאוד כדי שהאפקט יורגש במלוא עוצמתו.

אבל חוקרי חומרים ממעבדת איימס של משרד האנרגיה האמריקני באיווה שעבדו בשיתוף עם חוקרי אסטרונאוטיקס נתקלו ב-1997 בסגסוגת של גדוליניום, סיליקון וגרמניום המתאפיינת באפקט מגנטו-קלורי חזק בטמפרטורת החדר. ומאז מצאו חוקרי החברה עוד סגסוגות כאלה.

באסטרונאוטיקס מתכננים כעת מזגן לדירה או לבית שגודלו כ-100 מטר רבוע. המתקן כולל דסקה קטנה מסגסוגת מתאימה ובה טריזים נקבוביים. הדסקה מוקפת במגנט טבעתי קבוע המותקן באותו מישור. במגנט יש מקטע חסר, המרכז בחללו את השדה המגנטי.

כשהדסקה מסתובבת, הטריזים המגנטו-קלוריים עוברים על יד המקטע החסר ומתחממים, ואחר כך מתרחקים ממנו ומתקררים. הטריזים הקרים המסתובבים מקררים נוזל המוזרם במערכת והנוזל הקר סופח חום מן החדר. המגנט בנוי בדיוק כך שהשדה שלו לא יגלוש אל מחוץ למכשיר, כדי שלא יפריע למכשירים אלקטרוניים או לקוצבי לב שעלולים להימצא סמוך.

איך שמגנט מסתובב לו

במכשירי קירור רגילים, המדחס עושה את רוב העבודה. במכשיר הקירור המגנטי, המנוע המסובב את הדסקה עושה את רוב העבודה, ומנועים חשמליים הם הרבה יותר חסכוניים ממדחסים.

באסטרונאוטיקס מקווים שב-2013 כבר יהיה בידם אב טיפוס שיוכל להפחית את צריכת החשמל בשליש יחסית למידת הקירור. ועוד יתרון גדול: המערכת הזאת משתמשת רק במים להעברת החום "וזה הכי ידידותי לסביבה שיש," אומר סטיבן ג'ייקובס, מנהל מרכז הטכנולוגיה של אסטרונאוטיקס.

השיטה הזאת תוכל לשמש גם במקררים ובמקפיאים לאחר ההתאמות הנחוצות. אבל יש לפתור עוד כמה וכמה בעיות מסובכות בטרם ייבנה אב טיפוס מוצלח. קשה לשלוט בזרימת המים דרך הטריזים הנקבוביים מפני שהדסקה מסתובבת 360 עד 600 סיבובים בדקה.

כמו כן, המגנט עשוי מסגסוגת יקרה של ניאודימיום ברזל ובורון, לכן אחד האילוצים המסחריים יהיה להקטינו ככל האפשר בלי לאבד מחוזקו. "הטכנולוגיה הזאת היא הימור, אבל הפוטנציאל אדיר ורמת הביצועים המדוברת היא יעד בר השגה," אומר מהנדס המכונות אנדרו רוו מאוניברסיטת ויקטוריה בקולומביה הבריטית.

חוקרים אחרים עורכים ניסויים גם בטכנולוגיות קירור מיוחדות אחרות. חברת Sheetak מאוסטין שבטקסס, מפתחת מתקן קירור המבטל לגמרי את הצורך בחומר קירור. הוא נשען במקום זה על חומרים המכונים חומרים תרמו אלקטריים, שמתקררים בקצה אחד ומתחממים בקצה האחר כשמעבירים בהם זרם חשמלי. בכל מקרה, הפחתה של צריכת הדלק והפחתת הפליטה של גזי חממה תעזור לצנן את העולם.

הכתבה המלאה התפרסמה בגיליון אוגוסט-ספטמבר של המגזין "סיינטיפיק אמריקן - ישראל" בהוצאת אורט.