Estados Unidos. Una alternativa en desarrollo, que según Harvard podría "desbloquear” el aire acondicionado ecológico, permite el enfriamiento en estado sólido gracias al uso de perovskitas bidimensionales, que no liberan emisiones nocivas y usan presiones de conducción bajas.
Ahora bien, las perovskitas bidimensionales, conocidas como ‘materiales barocalóricos’ y usadas recientemente en la generación de células solares, liberan y absorben calor en respuesta a los cambios de presión, a medida que se expanden y contraen. Este efecto es similar a lo que pasa cuando se estira un globo mientras usted lo infla y puede sentir cómo se calienta contra sus labios.
Dicho de otra forma, estos materiales liberan calor cuando están presurizados o estresados, pero sin liberar emisiones nocivas, por lo que este mecanismo puede eliminar el calor en estado sólido utilizando presiones de conducción bajas. Por lo que funciona de una forma completamente diferente a la tecnología tradicional.
Una publicación de Harvard aseguró que 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.
Jarad Mason, autor principal del artículo, profesor asistente de química y biología química de Harvard, comentó que su propósito era alejarse justamente de los sistemas de compresión de vapor.
“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”.
De lo clásico a lo revolucionario
Para explicarlo mejor, es preciso comprender que normalmente los sistemas HVAC (de compresión de vapor) funcionan haciendo circular un refrigerante (fluido volátil) que se evapora y se condensa bajo presiones variables, a través de bobinas de metal para enfriar el aire en un espacio cerrado y expulsar el calor que este tenía al exterior.
La preocupación y búsqueda por mejorar este sistema, nace porque según la publicación “The Role of Refrigeration in the Global Economy” (2019) el sector de la refrigeración que consume alrededor del 20% de la electricidad total utilizada en todo el mundo. Además, “las fugas de refrigerantes son gases de efecto invernadero mil veces más potentes que el dióxido de carbono”.
El proceso de desarrollo
En primer lugar el equipo de trabajo identificó las perovskitas bidimensionales como sustitutos ideales porque experimentan transiciones de fase que pueden impulsarse de manera reversible bajo una presión mínima, mientras permanecen en un estado sólido, esto porque cuanto más puede cambiar un material su entropía, más efectivo puede ser para ejecutar ciclos de enfriamiento.
En este sentido, ya que las perovskitas bidimensionales poseen bicapas orgánicas capaces de sufrir grandes cambios de entropía, cuando sus cadenas de hidrocarburos cambian entre estados ordenados y desordenados, el equipo anticipó que estas podrían servir como un material de enfriamiento de estado sólido altamente ajustable, capaz de operar a presiones más bajas de lo que se pensaba posible.
A continuación, el equipo sintetizó los materiales en su laboratorio y los probó en un calorímetro de alta presión para medir los cambios en el flujo de calor en el material bajo diferentes presiones y temperaturas. Estos experimentos revelaron cuánto calor se puede eliminar en un ciclo de refrigeración potencial y cuánta presión se necesita para impulsar el ciclo de manera reversible.
Mason aseguró que: “Tan pronto como comenzamos a probar el material, nos dimos cuenta de que podíamos eliminar una gran cantidad de calor con un cambio de presión muy pequeño. A partir de ese momento, supimos que iba a haber algo interesante aquí”.
Entonces, los investigadores realizaron experimentos de difracción de rayos X en polvo a alta presión en Argonne para comprender los cambios de fase a nivel molecular. Gracias al sincrotrón de rayos X, fue posible caracterizar cómo cambia la estructura de cada material a diferentes temperaturas y presiones.
Jinyoung Seo, uno de los miembros de este equipo de trabajo e integrante del laboratorio de Mason o ‘Mason group’, comentó: "Vale la pena estudiar estos materiales más allá de su desempeño prometedor. También pueden ser útiles para que los químicos comprendan las propiedades fundamentales que son críticas para realizar esta tecnología a escala".
Proyectos a futuro
El laboratorio de Mason tiene en sus planes proceder a fabricar prototipos de dispositivos de enfriamiento barocalórico, mientras continúan explorando el uso potencial de diferentes materiales.
“Probablemente usaremos materiales de próxima generación para el dispositivo prototipo. Estamos tratando de encontrar nuevas tecnologías para abordar el desafío de la refrigeración”. Aseguró Seo.
Si le interesa leer más acerca de esta investigación, llamada “Efectos barocalóricos colosales con histéresis ultrabaja en perovskitas bidimensionales de halogenuros metálicos” puede hacerlo aquí
