Как технология электрокалорического охлаждения от Qurie может изменить рынок кондиционирования

Системы охлаждения и кондиционирования необходимы в зданиях, транспорте и промышленности. Однако базовая технология в этой сфере практически не изменилась за десятилетия. Большинство систем HVAC по‑прежнему используют компрессорные циклы с химическими хладагентами, которые потребляют много энергии и всё чаще подпадают под экологические ограничения.

Немецкий климат‑тех стартап Qurie, базирующийся во Фрайбурге, пытается изменить этот подход. Компания работает над твердотельным электрокалорическим охлаждением, которое потенциально может заменить компрессоры и устранить необходимость в традиционных хладагентах. Технология выросла из исследовательских программ вокруг Института физических измерительных технологий Fraunhofer (Fraunhofer IPM) и направлена на создание более тихих, компактных и энергоэффективных систем охлаждения.

Почему традиционные системы охлаждения становятся проблемой

Сегодня большинство кондиционеров, холодильников и тепловых насосов используют так называемый паро‑компрессионный цикл. В такой системе компрессор сжимает хладагент, который затем переносит тепло между двумя зонами.

Хотя технология эффективна и хорошо изучена, у неё есть два серьёзных недостатка:

• Экологический риск. Многие хладагенты обладают высоким потенциалом глобального потепления и становятся объектом ужесточающегося регулирования.
• Высокое энергопотребление и механическая сложность. Компрессоры требуют электричества и имеют движущиеся части, которые изнашиваются и создают шум.

Исследовательские программы Fraunhofer показывают, что твердотельные тепловые насосы на основе калорических материалов могут работать без вредных хладагентов, что делает их перспективной альтернативой для устойчивых систем охлаждения и отопления.

Как работает электрокалорическое охлаждение

Подход Qurie основан на электрокалорическом эффекте — физическом явлении, наблюдаемом в некоторых материалах.

Когда к такому материалу прикладывается электрическое поле, его электрические диполи выстраиваются, и материал нагревается. Когда поле снимается, порядок диполей уменьшается, и материал охлаждается ниже исходной температуры. Повторяя этот цикл и эффективно передавая тепло между горячей и холодной сторонами системы, можно создать полноценный холодильный или тепловой насос.

Такой принцип отличается от обычных систем HVAC сразу по нескольким параметрам:

• охлаждение создаётся материалами под действием электрического поля, а не компрессией хладагента;
• система может быть твердотельной, с минимальным числом движущихся деталей;
• для переноса тепла могут использоваться безопасные жидкости, например вода, вместо хладагентов с высоким климатическим воздействием.

В рамках исследовательских программ Fraunhofer, включая флагманский проект ElKaWe, учёные уже разработали экспериментальные демонстраторы электрокалорических тепловых насосов и новые материалы для них.

Научная база: исследования Fraunhofer

Разработка Qurie опирается на экосистему исследований вокруг калорических систем охлаждения. В Fraunhofer IPM изучают электрокалорические, магнитокалорические и эластокалорические материалы и создают на их основе тепловые насосы нового поколения.

Одной из ключевых задач является эффективная передача тепла внутри твердотельной системы. Исследователи тестируют новые архитектуры теплообмена — например, решения, связанные с продвинутыми тепловыми трубками и импульсными тепловыми каналами. Именно эффективность теплопереноса определяет, сможет ли такая технология конкурировать с традиционными системами в реальных условиях.

Цель этих исследований — объединить:

• высокую энергоэффективность;
• отсутствие вредных хладагентов;
• компактные и тихие твердотельные устройства.

Если такие системы удастся масштабировать, это может означать серьёзный технологический сдвиг для всей индустрии HVAC.

Где технология может появиться раньше всего

Хотя электрокалорическое охлаждение всё ещё находится на стадии развития, исследователи уже выделяют потенциальные области применения.

Среди них:

• системы отопления и охлаждения зданий;
• бытовые и промышленные холодильные установки;
• автомобильные кондиционеры, включая системы для электромобилей.

Эти рынки объединяют два фактора: высокий спрос на охлаждение и растущее давление со стороны экологических норм. Для стартапов вроде Qurie наиболее вероятная стратегия — начать с ниш, где компактность, тихая работа или энергоэффективность дают явное преимущество над компрессорными системами.

Почему инвесторы поддерживают такие проекты

Выведение на рынок твердотельных систем охлаждения — длительный и капиталоёмкий процесс. Это типичный пример deep‑tech: технология находится на стыке материаловедения, инженерии и промышленного производства.

Поэтому такие стартапы часто получают поддержку инвесторов, связанных с научной инфраструктурой Германии. Среди них:

• High‑Tech Gründerfonds (HTGF) — один из самых активных европейских seed‑инвесторов в высокотехнологичные стартапы.
• Tech‑Transfer Fund TT49, созданный для поддержки научных спин‑оффов и проектов с долгими циклами разработки.
• государственные инновационные программы, которые помогают коммерциализировать научные исследования и создавать технологические компании.

Такая поддержка помогает стартапам пройти самый сложный этап — переход от лабораторных прототипов к промышленным продуктам.

Более широкий контекст: будущее технологий охлаждения

Отопление и охлаждение потребляют значительную долю мировой энергии. Поэтому повышение эффективности в этой сфере считается одним из ключевых элементов энергетического перехода. Тепловые насосы уже играют важную роль в устойчивых системах климат‑контроля, особенно при использовании возобновляемой электроэнергии.

Электрокалорические устройства — лишь один из вариантов твердотельного охлаждения, который активно исследуется как возможная альтернатива компрессорной технологии. Хотя до массового внедрения ещё есть путь, прогресс в материалах, теплопереносе и системной инженерии делает такие решения всё более реалистичными.

Если стартапам вроде Qurie удастся превратить научные разработки в масштабируемые продукты, это может изменить то, как здания, транспорт и бытовая техника управляют теплом — без компрессоров и без традиционных хладагентов.