Mientras que en el hemisferio sur las estufas son las que se encuentran en la mira, en el norte surge un dilema de verano digno de Salomón: cómo mantenerse fresco en días de mucho calor y humedad sin recurrir al aire acondicionado tradicional, que consume grandes cantidades de electricidad y emite potentes gases de efecto invernadero que modifican el clima.
La respuesta implica potencialmente una nueva clase de refrigerantes de estado sólido que podrían permitir un enfriamiento sin emisiones y con eficiencia energética. Y ahora, investigadores del Departamento de Química y Biología Química han desarrollado un mecanismo ecológico que podría impulsar el descenso de la temperatura con perovskitas bidimensionales en estado sólido. Sus hallazgos se describen en un nuevo estudio publicado en la en la revista Nature Communications.
“Alejarse de los sistemas de compresión de vapor que han estado en uso durante mucho tiempo es una parte crucial del impulso general hacia un futuro más sostenible”, dijo Jarad Mason, autor principal del artículo y profesor asistente de química y biología química. “Nuestro enfoque es analizar en profundidad las propiedades intrínsecas de estos materiales para ver qué es posible en términos de refrigeración de estado sólido como una alternativa sostenible”, agregó.
También conocidas como materiales barocalóricos, las perovskitas bidimensionales liberan y absorben calor en respuesta a los cambios de presión a medida que se expanden y contraen. “El efecto se basa en un fenómeno con el que puede estar familiarizado si alguna vez estiró un globo y sintió que se calentaba contra sus labios. De manera similar, estos materiales liberan calor cuando están presurizados o estresados. Sin liberar emisiones nocivas, este mecanismo puede eliminar el calor en estado sólido utilizando presiones de conducción bajas”, advirtieron los especialistas.
El trabajo fue dirigido por miembros del laboratorio de Mason, incluidos Jinyoung Seo, Ryan D. McGillicuddy, Adam H. Slavney, Selena Zhang ‘22, Rahil Ukani y Shao-Liang Zheng, director del Laboratorio de rayos X. También se realizaron pruebas avanzadas en colaboración con científicos del Laboratorio Nacional Argonne en Lemont, Illinois.
Este nuevo mecanismo para el enfriamiento de estado sólido tiene el potencial de superar las limitaciones de la tecnología tradicional de enfriamiento por compresión de vapor, que se ha mantenido prácticamente sin cambios desde principios del siglo XX.
Según los expertos, “cualquier tipo de sistema de refrigeración funciona en un ciclo desde un estado de baja entropía cuando un material puede absorber calor, enfriando así un espacio, a un estado de alta entropía cuando esa energía puede liberarse en un disipador de calor, donde se disipa”.
Los acondicionadores de aire de compresión de vapor hacen circular un refrigerante fluido volátil que se evapora y se condensa bajo presión variable a través de bobinas de metal para enfriar un espacio cerrado y expulsar el calor al exterior.
La ejecución de ciclos de compresión de vapor consume mucha energía y actualmente es responsable de casi el 20% del uso de electricidad en edificios de todo el mundo. Además, las fugas de refrigerantes son gases de efecto invernadero 1000 veces más potentes que el dióxido de carbono.
Aunque hay equipos que producen menos gases, estos suelen resultar más caros por su avanzada tecnología y son los que menos se consumen. Estos aparatos no serían necesarios en muchas ocasiones si los edificios contasen con las regulaciones ecológicas y térmicas adecuadas, pero no suele ser el caso.
En 2019, un grupo de investigadores de Alemania y Canadá propuso la creación de aparatos de aire acondicionado que atrapan contaminantes. Su funcionamiento se basa en un filtro que captura moléculas de dióxido de carbono del aire que coge del exterior. El aire que vuelve a expulsar al exterior es caliente pero limpio, por lo que compensa el CO2 de su uso.
Según se indicó en la revista Nature Communications, colocados en lugares estratégicos estos aparatos podrían llegar a atrapar hasta 1,5 toneladas de dióxido de carbono cada hora. De esta forma compensarían el CO2 que limpian con el que generan con su uso, pudiéndose considerar de cero emisiones.
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