Airco en koelkast zonder koudemiddel komen dichterbij: metalen buisje houdt 100 miljoen koelrondes stand

Onderzoekers van de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) hebben een koelbuisje gemaakt dat in tests meer dan 100 miljoen koelrondes doorstond. Het werkt met metaal in plaats van een koudemiddel, en is daarmee een stap naar airco's en koelkasten die zulke middelen niet meer nodig hebben. Volgens het team komen de 100 miljoen rondes overeen met ruim tien jaar gebruik, onder de omstandigheden van de test. Het buisje bestaat uit gestapelde plaatjes van een gewone, in de handel verkrijgbare metaallegering. Volgens de universiteit is het veel sneller en goedkoper te maken dan de onderdelen die tot nu toe werden gebruikt. Het team van hoogleraar Qingping Sun publiceerde het werk in het vakblad Science.

Koelen door metaal onder spanning te zetten

Een gewone koelkast of airco pompt een koudemiddel rond: een stof die afwisselend wordt samengeperst en weer uitzet, en zo warmte van binnen naar buiten brengt. Dat kost veel energie, en sommige koudemiddelen dragen bij aan het broeikaseffect als ze weglekken.

Elastocalorische koeling werkt zonder zo'n middel. Ze gebruikt een legering van nikkel en titaan, een zogenoemd vormgeheugenmetaal. Zet je dat metaal onder spanning, dan verschuift de ordening van de atomen erin en komt er warmte vrij. Haal je de spanning weg, dan schuiven de atomen terug en neemt het metaal weer warmte op.

Een koelmachine doet dat steeds opnieuw. Het metaal wordt belast, de warmte die vrijkomt gaat naar buiten, het metaal wordt losgelaten en haalt dan warmte weg uit de ruimte die koel moet blijven. Dat is één koelronde.

Het zwakke punt: metaalmoeheid

Elke koelronde is een belasting voor het metaal. Na heel veel rondes ontstaan kleine scheurtjes die steeds verder groeien, tot het onderdeel breekt. Dat heet metaalmoeheid. De buisjes, platen en draden die tot nu toe werden gebruikt, gaan daardoor na verloop van tijd kapot of knikken onder de druk.

Ze zijn bovendien duur en traag om te maken. Dunwandige onderdelen worden vaak gemaakt met draadvonken: een techniek waarbij vonken tussen een dunne draad en het metaal stukje bij beetje de vorm uit het metaal branden.

Stansen en stapelen

Het team koos een andere aanpak. De onderzoekers stansen kleine plaatjes met gaatjes uit dunne vellen nikkel-titaan, zoals die gewoon te koop zijn, en stapelen ze op elkaar tot een buisje. Door de gaatjes heeft het metaal veel oppervlak waarlangs de warmte kan worden afgevoerd. Het ontwerp is geïnspireerd op de bouw van bamboe en honingraten.

Het stapelen is ook de reden dat het buisje zo lang meegaat. Ontstaat er een scheurtje in één plaatje, dan houdt het op bij de grens met het volgende plaatje. In een buis uit één stuk kan zo'n scheur juist over de hele lengte doorlopen, waarna het onderdeel in één keer bezwijkt.

Stansen gaat volgens HKUST ook veel sneller: zo'n 100 plaatjes per minuut. Dat is volgens de universiteit meer dan 100 keer zo snel als draadvonken, en het kost een twintigste van de prijs.

Een eerste proefmodel

De onderzoekers bouwden een proefmodel met een koelbuisje van 3 centimeter lang, opgebouwd uit 200 plaatjes. Daarmee ontstond tussen de warme en de koude kant een temperatuurverschil van maximaal 11,7 graden. Dat is het verschil binnen het apparaat zelf, niet hoeveel een kamer afkoelt.

Hoe zuinig een complete koelmachine met deze buisjes wordt en wat die in gebruik kost, moet vervolgonderzoek laten zien. Het team werkt nu aan betere warmteafvoer, een zuinigere aandrijving voor het belasten van het metaal en legeringen die nog beter presteren. Er zijn meerdere internationale patenten aangevraagd. Het onderzoek werd betaald door de Research Grants Council en de Innovation and Technology Commission van Hongkong.

Het derde resultaat van het team in een jaar

Volgens HKUST is dit het derde grote resultaat van het team binnen een jaar. In januari 2026 beschreef het in het vakblad Nature een elastocalorische vriezer die tot 12 graden onder nul kwam. Daarna volgde in het vakblad Joule een koelapparaat dat een miljoen rondes werkte zonder achteruit te gaan, met een speciaal ontwikkelde legering van nikkel, titaan, koper en kobalt. Die legering hield in een versnelde test ook 100 miljoen rondes stand. Het nieuwe buisje haalt die duurzaamheid met gewone vellen nikkel-titaan en een goedkope maakmethode.

Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?

Koelen kost de wereld veel stroom. Volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) ging in 2016 bijna 10 procent van alle elektriciteit ter wereld naar airco's en ventilatoren, en zonder ingrijpen kan het energieverbruik van airco's tot 2050 verdrievoudigen. Een koeltechniek zonder koudemiddel neemt in elk geval het probleem van weglekkende broeikasgassen weg.

Volgens hoogleraar Sun moet deze techniek aan drie eisen voldoen om van het laboratorium naar massaproductie te gaan: de warmte moet snel weg kunnen, de onderdelen moeten betrouwbaar zijn en ze moeten goedkoop te maken zijn. Dit onderzoek zet stappen op de laatste twee. De volgende stap is een complete koelmachine die zuinig genoeg is om het op te nemen tegen de airco van nu. Lukt dat, dan komt koelen met metaal in plaats van gas een flink stuk dichterbij.

Wat is de technologische singulariteit? Lees de uitleg →