Fondata nel 2005, Camfridge è la più antica azienda conosciuta nel campo della refrigerazione magnetica e da diversi anni sta testando una soluzione commercialmente valida che non utilizza gadolinio. Ora è pronta a portare su larga scala la sua rivoluzionaria soluzione Net Zero.
Neil Wilson, CEO di Camfridge, analizza le opportunità e le sfide di questa tecnologia fortemente dirompente in questa intervista esclusiva con Refrigeration Industry.
Come si è evoluta nel corso degli anni la tecnologia di refrigerazione magnetica e in che modo può contribuire a indirizzare il settore verso un percorso sostenibile, privo di gas refrigeranti dannosi per l’ambiente e caratterizzato da minori consumi energetici?
Refrigeration Industry (RI): Ci illustri il percorso di Camfridge nella refrigerazione magnetica, dagli inizi fino a oggi. Che cosa vi distingue?
Neil Wilson (NW): La decarbonizzazione della refrigerazione e del raffreddamento nel loro complesso rappresentava una sfida nel 2005, quando è stata fondata Camfridge, e continua a esserlo ancora oggi. Camfridge combina un’interessante convergenza di idee, innovazione dei materiali, sviluppo tecnologico e realizzazione dei prodotti, per creare un’attività in crescita e redditizia, con un impatto potenzialmente significativo sugli obiettivi di riduzione delle emissioni di carbonio.
Avviare Camfridge nel 2005 è stato ambizioso. Oggi siamo la più antica azienda nel campo della refrigerazione magnetica, il che ci offre un enorme vantaggio in termini di esperienza e conoscenza del mercato, oltre che di profondità e ampiezza delle attività di R&S. Inoltre, sarà difficile competere con la nostra catena di fornitura consolidata, con i nostri enti di ricerca e con i nostri partner di mercato.
Abbiamo individuato fin dall’inizio tre elementi essenziali: 1) la refrigerazione magnetica può avere successo solo se si basa su refrigeranti a basso costo, producibili su larga scala; 2) deve essere compatta, per integrarsi nei progetti esistenti degli apparecchi; e 3) deve offrire un’efficienza energetica e una durata del prodotto superiori rispetto alle tecnologie esistenti.
Inizialmente abbiamo dedicato notevoli sforzi ai modelli computazionali, che ci hanno permesso di concentrarci sulle specifiche necessarie affinché i componenti di raffreddamento potessero fornire una soluzione efficace. Definito un obiettivo chiaro, abbiamo lavorato con quelle che chiamiamo leghe di terza generazione, ossia materiali refrigeranti a basso costo a base di ferro, inizialmente molto difficili da lavorare, sviluppando dapprima rigeneratori ad alte prestazioni, cioè componenti di raffreddamento, e successivamente un sistema di controllo del fluido ad altissima efficienza, che richiede una potenza in ingresso ridotta. Da quel punto siamo riusciti a sviluppare sistemi di raffreddamento estremamente compatti.
La nostra intensa attenzione alla compattezza deriva da oltre un decennio di collaborazione con produttori di apparecchi alla ricerca di una soluzione integrabile nei progetti esistenti. Un produttore di apparecchiature originali (OEM) che introduce per la prima volta la nostra nuova tecnologia non vuole realmente, almeno inizialmente, sviluppare un progetto di prodotto e una linea di produzione completamente nuovi.
I nostri sistemi di raffreddamento sono in funzione ormai da diversi anni e continuiamo a testare, migliorare e perfezionare i nostri progetti per incrementarne le prestazioni e la compattezza. Parallelamente, abbiamo sviluppato processi produttivi scalabili per tutti i nostri componenti e soluzioni semplici e a basso costo, che per esempio non prevedono rivestimenti costosi, per garantire la durata dei nostri materiali e componenti.
Il risultato finale è una soluzione altamente competitiva, che stiamo testando con diversi OEM e che aiuterà gli utenti finali a ridurre sia i costi sia l’impatto in termini di emissioni di carbonio del raffreddamento.
Ri: Per quali applicazioni di refrigerazione è adatta la refrigerazione magnetica? Quando dovrebbe essere presa in considerazione?
NW: I materiali refrigeranti magnetici possono funzionare da temperature ben inferiori a -50°C (-58°F) fino a oltre +50°C(122°F). La refrigerazione magnetica è un metodo generale per trasferire calore, dal caldo al freddo o dal freddo al caldo, e può quindi essere applicata a un’ampia gamma di applicazioni di raffreddamento o riscaldamento.
Per il momento, interesserà soprattutto gli utenti che intendono ridurre l’impatto in termini di emissioni di carbonio del raffreddamento e contenere il costo totale di proprietà, che include i costi energetici e di manutenzione, delle loro applicazioni di raffreddamento. Su questa base, la refrigerazione magnetica offre già una soluzione a minore impatto di carbonio e competitiva in termini di costi, con un tempo di ritorno significativamente inferiore a tre anni.
La tecnologia offre probabilmente la massima efficienza, e quindi i maggiori risparmi sui costi operativi, nelle applicazioni in cui le temperature di esercizio sono ragionevolmente ben definite, per esempio negli apparecchi di raffreddamento domestici e commerciali, destinati alla vendita al dettaglio, in molti processi di raffreddamento industriale o nelle pompe di calore geotermiche.
Ri: Quali sono i vantaggi e i benefici dell’impiego della refrigerazione magnetica nella refrigerazione?
NW: I vantaggi possono essere suddivisi tra quelli che contribuiscono a migliori risultati ambientali e quelli che offrono un vantaggio economico.
Migliori risultati ambientali:
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I refrigeranti solidi utilizzati nella refrigerazione magnetica hanno un potenziale di riscaldamento globale (GWP) pari a zero. Al contrario, tutti gli altri refrigeranti, a eccezione dell’ammoniaca, hanno un GWP superiore a 0, e molti presentano un GWP persino superiore a 1.000.
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I prodotti per la refrigerazione magnetica sono pronti per l’economia circolare, un aspetto centrale per Camfridge.
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Minore impatto in termini di emissioni di carbonio. In ogni fase del ciclo di vita del prodotto, preproduzione, produzione, fase d’uso e fine vita, la refrigerazione magnetica riduce l’impatto in termini di emissioni di carbonio rispetto all’attuale raffreddamento a compressione di vapore.
Vantaggi economici:
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Costi energetici inferiori, considerando che attualmente le bollette energetiche rappresentano un fattore enorme.
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Minore manutenzione, grazie all’assenza di perdite di refrigerante.
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Riduzione delle competenze specialistiche necessarie per la riparazione e la manutenzione: l’assenza di gas refrigeranti nocivi e pressurizzati elimina la necessità di tecnici specializzati formati nella manipolazione dei gas.
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Costo diretto competitivo, una volta raggiunta la produzione su larga scala.
Ri: Quali sono gli inconvenienti o i potenziali svantaggi della refrigerazione magnetica nella refrigerazione?
NW: È una tecnologia nuova e, poiché occorre tempo per affermarsi sul mercato, serve tempo anche per attrarre gli investimenti necessari a portarla su larga scala.
Una preoccupazione espressa riguarda la dipendenza dalle catene di fornitura cinesi per i magneti permanenti. In un mondo ideale dovremmo apprezzare le efficienze di costo apportate dalla Cina all’industria dei magneti permanenti, ma oggi esistono preoccupazioni strategiche più ampie.
La buona notizia è che sono in fase di sviluppo diversi nuovi materiali per magneti permanenti, tra cui uno che non richiede alcun apporto dalla Cina. Tra cinque anni utilizzeremo tutti magneti permanenti ancora meno costosi e con prestazioni superiori, producibili ovunque. È uno sviluppo molto entusiasmante.
Ri: Quali prodotti di refrigerazione magnetica ha sviluppato la vostra azienda e come vengono percepiti dal mercato?
NW: Ci concentriamo sulla collaborazione con gli OEM, anziché con gli utenti finali, e sviluppiamo apparecchi di raffreddamento domestici e commerciali basati sulla nostra tecnologia per diversi OEM pionieri nell’adozione.
La motivazione che spinge gli OEM a collaborare con noi è essenzialmente la sostenibilità. I loro clienti, in particolare nel settore commerciale, sono fortemente concentrati sulla riduzione sia dell’impatto in termini di emissioni di carbonio sia del costo totale del raffreddamento.
Ri: Vi sono innovazioni attribuite alla vostra azienda?
NW: Abbiamo ottenuto tre brevetti, in Giappone, Brasile, Unione europea (EU), Stati Uniti (US) e Cina, che sono fondamentali per il funzionamento della nostra soluzione.
Una competenza fondamentale della nostra azienda è la funzionalizzazione di leghe magnetocaloriche a basso costo, garantendo al contempo durata e prestazioni con modalità scalabili. Questa competenza ci ha consentito di realizzare l’unica soluzione magnetica compatta e pronta per essere integrata negli apparecchi esistenti senza richiedere modifiche ai progetti attuali. In questo ambito disponiamo di diversi anni di vantaggio tecnologico rispetto ai nostri concorrenti.
Di recente abbiamo presentato pubblicamente una dimostrazione della compattezza della nostra soluzione, integrando il nostro sistema in un piccolo refrigeratore da banco per bevande. Osservando i due apparecchi affiancati, uno magnetico e l’altro convenzionale, risultano identici, con esattamente lo stesso volume refrigerato. La differenza è visibile soltanto osservandoli dal retro.
I frigoriferi a refrigerazione magnetica sono ora compatti quanto quelli convenzionali.
Ri: Di che cosa dovrebbe essere consapevole chiunque cerchi una soluzione di refrigerazione magnetica al momento della scelta?
NW: È relativamente facile realizzare un sistema di refrigerazione magnetica basato sul gadolinio. Alcune aziende, ancora oggi, li installano nei supermercati sostenendo che si tratti di una soluzione praticabile, ma questi dispositivi non hanno alcuna validità commerciale. Sono troppo costosi e non potranno mai essere portati su larga scala in modo economicamente conveniente. In Camfridge non abbiamo mai utilizzato il gadolinio e non lo utilizzeremo mai.
Collaboriamo con diversi OEM, ai quali forniamo sistemi di prova basati sulla nostra tecnologia e sui nostri processi. Ora stiamo lavorando con questi OEM per iniziare a portare su larga scala la produzione della nostra soluzione.
Ri: Vi sono resistenze alla refrigerazione magnetica sul mercato? In caso affermativo, perché ritiene che le persone siano riluttanti?
NW: Ritengo che in passato la refrigerazione magnetica sia stata oggetto di promesse eccessive e, di conseguenza, alcuni clienti siano diventati scettici nei confronti della tecnologia.
Per esempio, alcuni anni fa esisteva in Francia un’azienda chiamata Cooltech Applications, che sosteneva di disporre della prima soluzione industrializzata per la refrigerazione magnetica. Alla fine è fallita ed era evidente il motivo. Il suo sistema racchiuso in una scatola nera conteneva gadolinio per un valore di migliaia, persino decine di migliaia, di euro, il tutto assemblato a mano. La realtà era molto lontana dalle promesse commerciali e ciò ha allontanato per molti anni i potenziali clienti, e gli investitori.
Ora, tuttavia, disponiamo di una soluzione commercialmente valida, priva di gadolinio, testata per diversi anni e pronta per essere portata su larga scala. I clienti stanno tornando a dimostrare entusiasmo.
Ri: Quali progressi sono stati compiuti nella refrigerazione magnetica negli ultimi 5-10 anni?
NW: Non sono stati compiuti progressi degni di nota nella scoperta di materiali refrigeranti magnetici, nonostante si tratti di un settore attivo della ricerca accademica.
I veri progressi sono stati compiuti nell’ingegnerizzazione dei materiali refrigeranti, nella funzionalizzazione e nei metodi di produzione, ossia nella fabbricazione di materiali refrigeranti a basso costo, modellati in strutture a bassa pressione, che offrono un raffreddamento efficiente e possono essere prodotti su larga scala.
Ri: Quali attività di R&S vengono attualmente svolte nel campo della refrigerazione magnetica? Come prevede che questa tecnologia cambierà o si evolverà in futuro?
NW: Ora ci concentriamo sull’aumento della scala produttiva, per immettere sul mercato un prodotto di serie, anziché prototipi, il prima possibile. L’estensione dell’intervallo operativo della tecnologia a temperature più basse e più alte e a potenze frigorifere elevate avverrà naturalmente, ma soltanto dopo che un primo prodotto si sarà affermato sul mercato.
Ritengo inoltre che l’emergere di magneti permanenti ad alte prestazioni e non cinesi sia uno sviluppo entusiasmante, che contribuisce a eliminare qualsiasi preoccupazione residua sulla concentrazione della catena di fornitura e potrebbe consentire alla tecnologia di refrigerazione magnetica di raggiungere costi davvero molto bassi.
Ri: Ritiene che in futuro la refrigerazione magnetica diventerà più diffusa nelle applicazioni di refrigerazione? Perché o perché no? Quali fattori ne favoriscono la diffusione?
NW: L’International Energy Agency (IEA) stima che, per raggiungere l’obiettivo Net Zero, entro il 2050 sarà necessario evitare 250 Gt (gigatonnellate) di emissioni equivalenti di CO2 dovute al raffreddamento. La refrigerazione magnetica svolgerà un ruolo enorme in questa transizione. Leggendo i rapporti ESG dei principali utilizzatori di sistemi di refrigerazione, si rileva un consenso generale sul fatto che l’innovazione sia essenziale per ottenere un raffreddamento a zero emissioni nette. In Camfridge constatiamo che la nostra tecnologia innovativa riscuote il maggiore interesse presso gli OEM che riforniscono clienti con ambiziosi obiettivi Net Zero.
La refrigerazione magnetica è una tecnologia fortemente dirompente, poiché rappresenta l’unica nuova soluzione di raffreddamento degli ultimi 150 anni in grado di competere con i compressori a gas in termini di efficienza. È inoltre altamente sostenibile, in quanto priva di gas e riciclabile secondo i principi dell’economia circolare, e contribuisce a indirizzare il settore verso un percorso sostenibile eliminando i gas refrigeranti HFC e HFO dannosi per l’ambiente, e persino gli idrocarburi, consumando al contempo meno energia.
Una tecnologia di raffreddamento a basse emissioni di carbonio e a costi inferiori avrà successo, potenzialmente un successo eccezionale.
