Na drie jaar van recordhitte wordt dit opnieuw een snikhete zomer. Airconditioning? Die gaat nergens heen. Het Internationaal Energieagentschap voorspelt dat het aantal airco's tegen 2050 zal verdrievoudigen. Dat is goed voor de gezondheid – een Lancet-studie schatte dat airco in 2019 alleen al bijna 200.000 vroegtijdige sterfgevallen voorkwam – maar slecht voor de planeet. Kunstmatige koelte is al goed voor 7% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik en 3% van de broeikasgasemissies, en als de units niet goed worden afgevoerd, kunnen ze koelmiddelen lekken met een groter opwarmingspotentieel dan kooldioxide.

Omdat ze de hitte voelen, hopen een aantal wetenschappers en startups solid-state koeling op te voeren, die momenteel op kleine schaal wordt gebruikt voor dingen als minikoelkasten, EV-batterijen en sommige high-end gamingcomputers. Traditionele airco's brengen warmte over door een compressor en een ventilator te gebruiken om een koelmiddel te laten circuleren en het van vloeibaar naar gas te laten veranderen. Solid-state systemen daarentegen verplaatsen warmte door geleidende materialen zoals gadolinium en bismuttelluride – die theoretisch ruimtes en oppervlakken kunnen koelen met minder rommelige bijwerkingen.

De vraag is of ze kunnen concurreren met de efficiëntie van conventionele airco's. "Een van de belangrijkste vragen die blijft, is waarom solid-state koelers niet zo efficiënt zijn als typische thermodynamische cycli", zegt Pramod Reddy, hoogleraar mechanische engineering aan de Universiteit van Michigan, die warmteoverdracht bestudeert.

Onderzoek en proefprogramma's zijn gaande om een reeks benaderingen te testen. Het in Brooklyn gevestigde Mimic Systems gebruikt thermo-elektrische koeling, die een stroom door halfgeleidende materialen laat lopen om warmte van de ene kant naar de andere te verplaatsen. Het klimaatsysteem op kamerschaal wordt getest in een appartement in Vancouver. Het Duitse bedrijf Magnotherm gaat zijn systeem testen, dat gebruikmaakt van een magnetocalorische opstelling die warmte overbrengt door materialen te magnetiseren en demagnetiseren, in een keten van supermarkten. Een team in Hongkong heeft aangekondigd dat zijn elastocalorische apparaat, waarvan het materiaal opwarmt en afkoelt bij uitzetten en krimpen, onder 0 °C kan dalen. En het Britse Barocal zet in op barocalorische systemen, die van temperatuur veranderen als reactie op drukveranderingen.

Maar experts, vooral op het gebied van thermo-elektriciteit, twijfelen of welk solid-state plan dan ook kan concurreren. Voor de meeste moderne HVAC-systemen is de prestatiecoëfficiënt (COP) 3, legt Jeff Snyder uit, hoogleraar aan de Northwestern University die elektrische en thermische geleiding bestudeert. Dat betekent in wezen dat het systeem drie eenheden warmte verplaatst voor elke eenheid energie die erin gaat. Vooral thermo-elektrische systemen hebben doorgaans een veel lagere prestatie bij hoge temperatuurverschillen, zegt Snyder, wat betekent dat ze het meest geschikt zijn voor nichetaken zoals het koelen van de rugleuning van een autostoel.

Efficiëntie is echter niet alles, betoogt Lindsay Rasmussen, manager bij de klimaattechversneller Third Derivative van het Rocky Mountain Institute, die zowel Magnotherm als Mimic ondersteunt. In de VS gebruiken de meeste airco's momenteel een koelmiddel genaamd R410A, dat een opwarmingspotentieel heeft van meer dan 2000 keer dat van kooldioxide. Bovendien kunnen hun bewegende delen ze minder duurzaam maken, vooral vergeleken met een solid-state model dat mechanisch minder complex is.

Toch maakt een gebrek aan units het moeilijk om de efficiëntievraag te beantwoorden. Om te begrijpen hoe goed alternatieven werken, zegt Rasmussen, moeten onderzoekers hun energieverbruik op de lange termijn vergelijken met dat van conventionele modellen, in plaats van alleen naar COP te kijken. Mimic beweert bijvoorbeeld dat zijn model op kamerschaal over een jaar het verbruik van een typische airco-unit zou moeten evenaren. Elastocalorische en barocalorische systemen hebben ook potentie, voegt Rasmussen toe, maar prototypes op kamerschaal zijn waarschijnlijk nog twee tot drie jaar verwijderd.

Uiteindelijk is de kans klein dat solid-state koeling compressorairco's kan vervangen. Maar nu de planeet opwarmt en plaatsen als India de komende tien jaar tientallen miljoenen nieuwe airco-units installeren,