L’Institut coréen des machines et des matériaux (KIMM) a présenté une pompe à chaleur à base d’ammoniac capable d’utiliser de la chaleur résiduelle à une température aussi basse que 40 °C (104 °F) pour le refroidissement, selon Young Kim, chercheur principal au sein de cet organisme financé par l’État.
Le fabricant de systèmes HVAC&R Samjung Tech a construit un prototype de 10 kW (2,8 TR) de la pompe à chaleur à adsorption chimique du KIMM, qui intègre un compresseur électrochimique mis au point dans le cadre d’une collaboration entre le KIMM et les professeurs Minseong Kim et Dongkyu Kim de l’université Chung-Ang. Ce projet a bénéficié du soutien de l’Institut coréen d’évaluation et de planification des technologies énergétiques (KETEP) dans le cadre du projet « Alchemist » du gouvernement, un programme de R&D ciblant les technologies à haut risque et à fort impact.
« Contrairement aux systèmes de refroidissement par adsorption classiques, qui nécessitent des sources de chaleur supérieures à 70 °C [158 °F], le nouveau système a démontré avec succès son fonctionnement en mode refroidissement en utilisant de la chaleur résiduelle à seulement 40 °C », a déclaré le KIMM, sans préciser la configuration côté refroidissement ni la température de sortie du prototype. « Le lit d’adsorption repensé, qui constitue le cœur de la pompe à chaleur, atteint une puissance de refroidissement spécifique (SCP) de 346,5 W/kg, soit plus du double de celle des technologies internationales comparables. »
Fonctionnement : au lieu d’une compression mécanique, le système utilise une combinaison de sorption/désorption à basse température dans le lit d’adsorption chimique à l’ammoniac du KIMM et d’un compresseur électrochimique pour produire du froid.
- Lorsqu’il est chauffé, le lit d’adsorption libère de la vapeur d’ammoniac à haute pression. L’électricité alimente ensuite le compresseur électrochimique, qui transporte l’ammoniac à travers une membrane conductrice d’ions, augmentant ainsi encore davantage sa pression.
- Dans un condenseur, la vapeur d’ammoniac libère de la chaleur et se condense en liquide avant de passer par un dispositif de détente, qui réduit la pression et la température.
- Lorsque l’ammoniac à basse pression s’évapore dans un évaporateur, il absorbe de la chaleur, assurant ainsi le refroidissement. Le fluide frigorigène achève ensuite le cycle en retournant vers le lit d’adsorption.
Informations complémentaires : le KIMM n’a pas précisé le matériau utilisé dans le lit d’adsorption repensé. Par ailleurs, dans le cadre de la même subvention du KETEP, les chercheurs Hiluf Fissaha et Duckjong Kim de l’Université nationale de Gyeongsang ont mis au point un composite d’aérogel à structure organique covalente (COF) imprégné de sel qui a démontré une capacité d’adsorption élevée de l’ammoniac.
- Selon le KIMM, ce projet a donné lieu à 74 articles référencés dans le Science Citation Index Expanded (SCIE), 67 demandes de brevet et 29 brevets déposés.
- L’institut poursuivra ses essais à l’aide du prototype de 10 kW en vue d’une étude de démonstration sur le terrain, a déclaré Young Kim.
- Les évolutions réglementaires mondiales encouragent également la récupération de la chaleur résiduelle. Par exemple, la directive révisée de l’UE de 2023 sur l’efficacité énergétique impose aux États membres de veiller à ce que les centres de données dont la demande en énergie informatique installée est supérieure à 1 MW aient accès à la récupération de la chaleur résiduelle et la mettent en œuvre lorsque cela est techniquement ou économiquement faisable.
Application potentielle : les systèmes de refroidissement par adsorption conventionnels nécessitent généralement des sources de chaleur supérieures à 70 °C (158 °F), ce qui rend la capacité à 40 °C annoncée par le KIMM potentiellement pertinente pour la chaleur résiduelle à basse température des centres de données.
- La capacité mondiale des centres de données devrait presque doubler, passant de 103 GW aujourd’hui à 200 GW d’ici 2030, selon le rapport 2025 d’ATMOsphere intitulé « Clean Cooling for Data Centers ». ATMOsphere est l’éditeur de NaturalRefrigerants.com.
- Les centres de données à refroidissement par air produisent généralement de la chaleur résiduelle à une température comprise entre 25 et 35 °C (77–95 °F), tandis que ceux à refroidissement par liquide peuvent produire de la chaleur résiduelle à des températures pouvant atteindre 50 °C (122 °F).
- Le nouveau serveur IA Rubin de NVIDIA, par exemple, utilise des plaques de refroidissement refroidies par un mélange d’eau et de glycol. Le fluide entre dans la plaque de refroidissement à 45 °C (113 °F) et en ressort à 55 °C (131 °F), créant ainsi un flux de chaleur résiduelle propice à la récupération.
Connexions industrielles : à mesure que la technologie des pompes à chaleur à adsorption évolue pour exploiter la chaleur résiduelle à basse température, plusieurs entreprises développent des technologies susceptibles de favoriser leur adoption à plus grande échelle.
- Alors que la gamme actuelle de produits de Samjung Tech comprend des refroidisseurs à absorption à chauffage direct, à vapeur et à eau chaude, son équipe de R&D a mis au point le prototype d’adsorption à l’ammoniac pour le KIMM.
- La société suédoise Alfa Laval propose également des équipements de refroidissement par absorption. Toutefois, sa gamme variée d’échangeurs de chaleur pourrait permettre la récupération de la chaleur résiduelle à basse température pour le refroidissement par adsorption, grâce à des produits conçus pour s’intégrer à différentes options de réutilisation de la chaleur, selon Anna Blomborg, responsable des centres de données au sein de l’entreprise.
- Les échangeurs de chaleur à plaques brasées récemment mis au point par le fabricant suédois SWEP pourraient également permettre la récupération de la chaleur résiduelle des centres de données, où les températures passent de 30 à 33 °C (86 à 91 °F) pour les applications de stockage à 45–60 °C (113–140 °F) pour les charges de travail liées à l’IA, selon Christer Frennfelt, responsable du développement commercial de l’entreprise.
« Contrairement aux systèmes de refroidissement par adsorption classiques, qui nécessitent des sources de chaleur supérieures à 70 °C [158 °F], le nouveau système a démontré avec succès son fonctionnement en refroidissement à partir d’une chaleur résiduelle de seulement 40 °C. »
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