Refrigeração ionocalórica: Geladeiras e ar-condicionados sustentáveis e eficientes

Redação do Site Inovação Tecnológica - 28/12/2022

O ciclo ionocalórico serve tanto para refrigeração quanto para aquecimento.
[Imagem: Lilley & Prasher - 10.1126/science.ade1696]

Refrigeração ionocalórica

Por mais de um século, as tecnologias de compressão de vapor têm dominado as aplicações de refrigeração e ar-condicionado. No entanto, esses sistemas geralmente usam hidrofluorcarbonos como refrigerantes, que são prejudiciais ao meio ambiente e têm um impacto climático significativo.

O resfriamento baseado no efeito calórico, como a refrigeração magnetocalórica ou a refrigeração eletrocalórica, que usam materiais sólidos que aquecem ou resfriam quando submetidos a um campo magnético ou elétrico variável, são tecnologias promissoras para substituir essa tecnologia secular. No entanto, elas permanecem um pouco limitadas por sua baixa eficácia energética e potencial de resfriamento.

Mas vale a pena o investimento nessas tecnologias de refrigeração de estado sólido também porque elas são muito mais simples do que os mecanismos atuais, baseados em compressores e condensadores.

Agora, Drew Lilley e Ravi Prasher, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, nos EUA, desenvolveram uma nova abordagem para o resfriamento que tira proveito da maneira como a alteração da concentração iônica em uma solução induz transições de fase, entre líquido e gasoso.

Isso permite criar um ciclo de resfriamento reversível, que os pesquisadores chamam de "refrigeração ionocalórica".

Esquema da célula de eletrodiálise, um elemento importante da refrigeração ionocalórica.
[Imagem: Lilley & Prasher - 10.1126/science.ade1696]

Refrigeração ambientalmente correta

O protótipo desenvolvido pela dupla tira proveito da grande mudança de temperatura e a absorção de calor associadas à repetida fusão de um solvente de carbonato de etileno (EC) com o sal iodeto de sódio (NaI).

Os pesquisadores usaram o solvente ambientalmente benigno e o sal - em vez dos hidrofluorcarbonos ou outros refrigerantes líquidos - para criar um novo sistema de refrigeração que não apenas melhora as tecnologias de refrigeração existentes, incluindo as abordagens baseadas no efeito calórico de estado sólido, como também é ambientalmente benigno.

O ciclo de resfriamento começa misturando a forma sólida de carbonato de etileno com o iodeto de sódio, um processo que não é muito diferente de jogar sal nas estradas congeladas, diminuindo a temperatura da mistura através da transição de fase sólida para líquida - nas estradas, o gelo derrete e a água escorre, tornando as vias menos escorregadias.

Em seguida, por meio de eletrodiálise, o iodeto de sódio é removido da mistura, o que purifica o solvente, causando um aumento de temperatura à medida que ele recristaliza novamente em um sólido.

Em vários testes, a abordagem ionocalórica apresentou um potencial de resfriamento semelhante ao dos refrigerantes atuais, e maior do que outras abordagens de resfriamento baseadas no efeito calórico.

"Nós demonstramos a viabilidade de um sistema prático utilizando um ciclo de refrigeração Stirling ionocalórico. Nossos resultados experimentais mostram um coeficiente de desempenho de 30% em relação a Carnot e um aumento de temperatura de até 25 °C usando uma tensão de aproximadamente 0,22 volts," escreveu a equipe.

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