Pourquoi choisir un réfrigérateur à faible teneur en oxygène ?

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L’été approche, les jours s’allongent et les températures augmentent. Il est préférable de ne pas laisser de légumes ou fruits dans un système de stockage qui ne conserve pas la bonne température de conservation. Dans ce dispositif de stockage d’aliments, Les tranches de saucisses étirent rapidement les oreilles et le poisson dégage une odeur désagréable. Les produits surgelés se retrouvent bientôt dans un bouillon peu appétissant et les bactéries et les germes se propagent. Les courses du week-end deviennent un défi logistique, le sac réfrigérant étant un compagnon fidèle au supermarché. Il est important de remettre les aliments réfrigérés au froid le plus rapidement possible. La chaîne du froid ne doit pas être interrompue, sinon la santé en pâtit. Après vingt minutes sans réfrigération, le nombre de germes dans les aliments périssables peut doubler. Un vrai progrès serait un réfrigérateur autonome dans le coffre, puis la course effrénée prendrait fin.

C’est ce que l’étudiant Robin Ganter a pensé quand il est allé faire du shopping avec sa mère l’été dernier. L’idée d’un réfrigérateur autosuffisant est née dans son esprit et est finalement devenue un projet de recherche pour la jeunesse.

L’indépendance du réseau électrique n’était cependant pas la seule nouveauté et l’idée d’une atmosphère pauvre en oxygène dans le ventre du réfrigérateur a rapidement été ajoutée : le réfrigérateur à faible teneur en oxygène est né comme une théorie.

En attendant, le prototype est en train de mûrir et plusieurs entreprises ont promis leur soutien. L’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (ISE) de Fribourg l’aide également à mettre en œuvre son idée. En outre, Energiedienst soutient le projet dans le cadre du programme scolaire “L’énergie pour les idées”. De l’idée au produit, Robin s’est rapidement mis au travail, a mis les premières idées sur papier et les a présentées à Susanne Kraft, professeur au Kant-Gymnasium de Weil am Rhein et superviseur du Jugendforscht-AG.

Un petit réfrigérateur a été rapidement trouvé et dépouillé de ses entrailles. Il était maintenant temps de la reconstruire et de réaliser une nouvelle idée. L’atmosphère de l’ensemble du réfrigérateur doit être aussi pauvre en oxygène que possible afin de ralentir considérablement les processus de décomposition.

De nombreux microbes dépendent de l’oxygène pour leur croissance, ces éléments détériorent les fruits et légumes se développent plus rapidement dans une atmosphère pauvre en oxygène. En même temps, l’oxydation de nombreuses vitamines et nutriments est ainsi considérablement ralentie.

Le test avec des tranches de pomme

Avec des tranches de pommes, le bricoleur a testé la théorie. Pour cela, il stockait les fruits dans l’air, en présence de dioxyde de carbone et d’azote. La qualité des fruits s’est rapidement détériorée. “Les morceaux de pomme à l’air étaient pourris après une semaine et sentaient assez fort”, se souvient Robin. Les tranches de pommes dont le dioxyde de carbone, semblaient encore assez fraîches, il s’agit des aliments dont le taux d’azote était presque inchangé. “Ce n’est pas pour rien que les agriculteurs remplacent l’air par un gaz lorsqu’ils stockent leurs pommes”, affirme Robin. Les réfrigérateurs à tiroirs sous vide sont également sur le marché depuis longtemps.

Ce qui est nouveau, cependant, c’est l’idée d’extraire largement l’oxygène de tout l’intérieur d’un réfrigérateur. Pour y parvenir, Robin utilise une réaction d’oxydation, comme celle connue des chauffe-mains jetables. Dans un réfrigérateur à faible teneur en oxygène, la poudre de fer s’oxyde dans une boîte fermée à l’arrière avec l’oxygène de l’air à l’intérieur du réfrigérateur. Le sel commun et l’eau servent de catalyseurs ; le charbon actif stocke l’eau.

Après seulement une heure de fonctionnement, la concentration d’oxygène dans le réfrigérateur est déjà tombée à environ deux pour cent, et une nouvelle réduction à presque zéro est possible sur une plus longue période.

Chaque quantité de bricolage

“L’approvisionnement en eau s’est avéré particulièrement délicat”, se souvient Robin. “J’ai dû percer des trous d’un diamètre de seulement 0,2 millimètre dans de minces tubes de laiton”.

Il a reçu un soutien énergique de son grand-père, dont le tour a apporté une aide précieuse dans le travail artisanal.

L’alimentation en eau est contrôlée par un compteur d’oxygène qui surveille la teneur en oxygène à l’intérieur. L’oxydation de la poudre de fer est une réaction exothermique. La chaleur de réaction dégagée est toujours émise dans l’environnement.

Maintenant l’étudiant travaille à convertir la chaleur en électricité au moyen d’éléments Peltier et à l’alimenter dans la batterie du réfrigérateur.

Sas d’air unique

Une autre caractéristique décisive du réfrigérateur à faible teneur en oxygène est son sas d’air. Ce système de stockage d’aliments empêche l’air de pénétrer dans le réfrigérateur lorsque la porte du réfrigérateur est ouverte et d’augmenter à nouveau la teneur en oxygène.

“Pour ce faire, il a fallu retirer tout le matériau isolant du boîtier et créé de l’espace pour les conduits d’air. Les conduits d’air se terminent par des fentes dans le cadre de la porte”, explique Robin. “Enfin, nous avons ré-isolé le réfrigérateur avec une mousse de montage. C’était un énorme gâchis.”

On trouve généralement des sas à l’entrée des grands magasins, où ils sont censés empêcher l’air froid de pénétrer. Le sas du réfrigérateur à faible teneur en oxygène fonctionne sur le même principe. Un ventilateur crée une barrière d’air circulant et empêche l’échange d’air intérieur avec l’air extérieur.

Zéolites et eau – c’est tout ce dont il a besoin

En ce moment, Robin travaille sur le cœur du réfrigérateur : le système de refroidissement.

Pour cela, il veut utiliser le refroidissement par évaporation de l’eau. Pour le processus de refroidissement, il a besoin de zéolite qui, en raison de sa structure poreuse, peut absorber de grandes quantités de vapeur d’eau par adsorption.

Le zéolite est un métal-alumo-silicate cristallin possédant de grandes surfaces internes. L’eau de refroidissement sera située dans un évaporateur à l’intérieur du réfrigérateur et reliée au récipient de zéolite à l’extérieur du réfrigérateur par une valve. Lorsque la valve est ouverte, la zéolite “aspire” la vapeur d’eau et la stocke, libérant ainsi de la chaleur. Le refroidissement par évaporation permettra de refroidir davantage l’eau restante. Le processus se poursuit jusqu’à ce que la vanne soit fermée ou que la zéolithe atteigne sa limite d’absorption.

En chauffant, l’eau peut enfin être retirée des pores de la zéolithe sans modifier sa structure. Le réfrigérateur est fourni avec deux batteries de refroidissement pour le remplacement. L’un est en service, l’autre peut être réactivé en cas de besoin. On ne sait pas encore exactement comment, à quelles températures et dans quelles conditions.

Le cycle d’adsorption et de désorption peut être répété aussi souvent que souhaité. La technologie de l’eau zéolitique est connue grâce au fût de bière auto-refroidissant.

En attendant, l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (ISE) de Fribourg soutient également le produit du bricoleur du Markgräflerland. Le Dr Stefan Henninger du ServiceLab Thermochemical and Porous Materials a promis à l’étudiant un soutien dans ses travaux. L’un des principaux axes du ServiceLab est l’évaluation et la caractérisation de matériaux poreux tels que la zéolithe pour les applications d’absorption. “Lorsque mon RG Fresh Revolution sera terminé, je le présenterai au Jugend-Forscht à Fribourg et qui sait, peut-être que de nouveaux contacts en découleront”, a déclaré l’inventeur ambitieux.