Forskare från Storbritannien och Spanien har identifierat ett miljövänligt fast ämne som kan ersätta de ineffektiva och förorenande gaser som används i de flesta kylskåp och luftkonditioneringsapparater.

När det sätts under tryck, plastkristaller av neopentylglykol ger enorma kyleffekter – tillräckligt för att de är konkurrenskraftiga med konventionella kylmedel. Dessutom, materialet är billigt, allmänt tillgänglig och fungerar nära rumstemperatur. Detaljer publiceras i tidskriften Naturkommunikation .

De gaser som för närvarande används i de allra flesta kylskåp och luftkonditioneringsapparater — fluorkolväten och kolväten (HFC och HC) — är giftiga och brandfarliga. När de läcker ut i luften, de bidrar också till den globala uppvärmningen.

"Kylskåp och luftkonditioneringsapparater baserade på HFC och HC är också relativt ineffektiva, " sa Dr Xavier Moya, från University of Cambridge, som ledde forskningen med professor Josep Lluís Tamarit, från Universitat Politècnica de Catalunya. "Det är viktigt eftersom kylning och luftkonditionering för närvarande slukar en femtedel av den energi som produceras över hela världen, och efterfrågan på kylning bara ökar."

För att lösa dessa problem, materialforskare runt om i världen har sökt alternativa fasta köldmedier. Moya, en Royal Society Research Fellow vid Cambridges avdelning för materialvetenskap och metallurgi, är en av de ledande inom detta område.

I sin nyligen publicerade forskning, Moya och medarbetare från Universitat Politècnica de Catalunya och Universitat de Barcelona beskriver de enorma termiska förändringar under tryck som uppnås med plastkristaller.

Konventionell kylteknik är beroende av de termiska förändringar som uppstår när en komprimerad vätska expanderar. De flesta kylanordningar fungerar genom att komprimera och expandera vätskor som HFC och HC. När vätskan expanderar, det minskar i temperatur, kyler sin omgivning.

Med fasta ämnen, kylning uppnås genom att ändra materialets mikroskopiska struktur. Denna förändring kan uppnås genom att applicera ett magnetfält, ett elektriskt fält eller genom mekanisk kraft. I årtionden, dessa kalorieffekter har hamnat bakom de termiska förändringar som finns tillgängliga i vätskor, men upptäckten av kolossala barokaloriska effekter i en plastkristall av neopentylglykol (NPG) och andra relaterade organiska föreningar har jämnat ut spelplanen.

På grund av arten av deras kemiska bindningar, organiska material är lättare att komprimera, och NPG används i stor utsträckning vid syntes av färger, polyestrar, mjukgörare och smörjmedel. Det är inte bara allmänt tillgängligt utan också billigt.

NPG:s molekyler, består av kol, väte och syre, är nästan sfäriska och interagerar endast svagt med varandra. Dessa lösa bindningar i dess mikroskopiska struktur gör att molekylerna kan rotera relativt fritt.

Ordet "plast" i "plastkristaller" syftar inte på dess kemiska sammansättning utan snarare till dess formbarhet. Plastkristaller ligger på gränsen mellan fasta ämnen och vätskor.

Komprimering av NPG ger oöverträffat stora termiska förändringar på grund av molekylär omkonfiguration. Temperaturförändringen som uppnås är jämförbar med den som används kommersiellt i HFC och HC.

Upptäckten av kolossala barokaloriska effekter i en plastkristall bör ta barokaloriska material till framkanten av forskning och utveckling för att uppnå säker miljövänlig kylning utan att kompromissa med prestanda.

Moya arbetar nu med Cambridge Enterprise, kommersialiseringsarmen vid University of Cambridge, för att få ut denna teknik på marknaden.