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Última actualizaciónVie, 26 Mar 2021 11am

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Enfriar con materiales baratos y sin tierras raras

Un equipo del CSIC ha conseguido un método para sustituir, en los refrigeradores criogénicos, los intercambiadores de calor basados en tierras raras (muy costosas y escasas) por otros basados en materiales porosos más asequibles.

 Una de las tierras raras usadas en los refrigeradores criogénicos: gadolinio puro amorfo, unos 12 gramos.  Wikimedia Commons. Autor: Jurii

Casi todos los refrigeradores criogénicos están basados en el principio de compresión y expansión cíclica de gas helio. Dichos refrigeradores necesitan  intercambiadores de calor, o regeneradores, que actúan sobre el ciclo frío-caliente del gas. Actualmente, los regeneradores para temperaturas del helio líquido son constituidos por partículas magnéticas de aleaciones de tierras raras (gadolinio, holmio y erbio).

La escasez de las tierras raras

La producción de estas tierras raras se concentra en China, que restringe cada vez más su exportación, elevando su coste. En los refrigeradores criogénicos convencionales, el coste de estos compuestos supone aproximadamente una quinta parte del precio total de la unidad (entre 20.000 y 40.000 euros), lo que en cualquier caso se trata de miles de euros.

Un refrigerador criogénico en un laboratorio. CSIC

Además, hay que tener en cuenta el precio del recambio, ya que en cualquier refrigerador criogénico se necesita cambiar el regenerador cada dos años aproximadamente.

Un equipo de investigadores del CSIC formado por Marco Evangelisti, Olivier Roubeau y Fernando Luis, del Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón en Zaragoza, y Daniel Ruiz-Molina, del Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología en Barcelona, ha solicitado una patente que propone sustituir las tierras raras por otros materiales que se caracterizan por tener una porosidad intrínseca. Dichos materiales, que ya se encuentran accesibles en el mercado, ofrecerían prestaciones comparables a las de los regeneradores actuales, serían más ligeros por su carácter poroso y son entre 50 y 100 veces más baratos.

Tal como explica Marco Evangelisti, la patente incluye el necesario procesamiento de esos materiales “para obtener partículas del tamaño, la forma y la porosidad adecuados”. Una gran ventaja es que estos nuevos regeneradores podrán usarse en los mismos refrigeradores criogénicos que usan aleaciones de tierras raras, lo que no obligaría a cambios técnicos en dichos equipos.

Para saber más:

Sobre la técnica de los refrigeradores criogénicos

Sobre el mercado internacional de las tierras raras

 

Más información:

Dania Todorova Marinova
Vicepresidencia de Transferencia de Conocimiento, CSIC
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