Pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) desenvolveram uma nova forma de aquecimento e resfriamento que usava átomos ou moléculas eletricamente carregadas, conhecidas como íons, para controlar as mudanças entre os estados sólido e líquido.
A ideia foi baseada em um exemplo familiar.
O estudo abordou um desafio de longa data na refrigeração: desenvolver sistemas de refrigeração que fossem energeticamente eficientes e utilizassem refrigerantes que tivessem pouco ou nenhum impacto no aquecimento global.
“O panorama dos refrigerantes é um problema não resolvido: ninguém desenvolveu com sucesso uma solução alternativa que resfrie os materiais, funcione de forma eficiente, seja segura e não prejudique o meio ambiente”, disse Drew Lilley, assistente de pesquisa de pós-graduação no Berkeley Lab e candidato a doutorado na Universidade da Califórnia, Berkeley, que liderou o estudo.
O aquecimento e o arrefecimento representaram mais de metade da energia utilizada nas habitações, tornando as melhorias nesta área importantes para reduzir a utilização de energia e as emissões de gases com efeito de estufa.
O resfriamento ionocalórico foi uma das várias tecnologias de resfriamento calórico em desenvolvimento.
Lilley e Ravi Prasher, pesquisador afiliado na Área de Tecnologias de Energia do Berkeley Lab e professor adjunto de engenharia mecânica na Universidade da Califórnia, Berkeley, desenvolveram a teoria por trás do ciclo ionocalórico.
Para testar o conceito, os pesquisadores construíram um sistema experimental baseado em um ciclo de refrigeração ionocalórico Stirling, uma versão do ciclo termodinâmico Stirling adaptada para mover calor usando mudanças de fase acionadas por íons em vez de refrigerantes convencionais.
Os pesquisadores relataram que o sistema experimental alcançou um coeficiente de desempenho (COP) igual a cerca de 30% do limite teórico de Carnot, o que representa a maior eficiência possível que qualquer sistema de refrigeração pode alcançar em condições ideais.
“Há potencial para ter refrigerantes que não sejam apenas GWP [potencial de aquecimento global] zero, mas também GWP negativo”, disse Lilley.
Prasher disse que a equipe estava tentando equilibrar o impacto ambiental, a eficiência energética e os custos dos equipamentos.
“Há três coisas que estamos tentando equilibrar: o GWP do refrigerante, a eficiência energética e o custo do próprio equipamento”, disse Prasher.
Embora a maioria das tecnologias calóricas tenham sido discutidas para resfriamento, os pesquisadores disseram que elas também poderiam ser usadas para aplicações como aquecimento de água e aquecimento industrial.
“Temos este novo ciclo termodinâmico e estrutura que reúne elementos de diferentes campos e mostramos que pode funcionar”, disse Prasher.