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Este collage representa elementos relacionados con la refrigeración ionocalórica, un ciclo de refrigeración de reciente desarrollo que los investigadores esperan que pueda ayudar a eliminar gradualmente los refrigerantes que contribuyen al calentamiento global. Crédito: Jenny Nuss/Berkeley Lab
Las estrategias de refrigeración en estado sólido o líquido suelen basarse en efectos calóricos en los que los materiales pasan por algún tipo de cambio de fase. Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y de la Universidad de California en Berkeley descubrieron que los iones en solución pueden utilizarse para controlar la fusión y cristalización de un material, creando lo que denominan un ciclo ionocalórico.
Encontrar una solución que sustituya a los refrigerantes nocivos actuales es esencial para que los países cumplan los objetivos del cambio climático, como los de la Enmienda de Kigali.
El acuerdo compromete a los signatarios a reducir la producción y el consumo de hidrofluorocarburos (HFC) en al menos un 80% en los próximos 25 años.
Los HFC son potentes gases de efecto invernadero que se encuentran habitualmente en frigoríficos y sistemas de aire acondicionado, y pueden atrapar el calor con una eficacia miles de veces superior a la del dióxido de carbono.
"El panorama de los refrigerantes es un problema sin resolver: nadie ha desarrollado con éxito una solución alternativa que enfríe las cosas, funcione con eficacia, sea segura y no dañe el medio ambiente", explica Drew Lilley, doctorando de la Universidad de California en Berkeley y del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
"Creemos que el ciclo ionocalórico tiene potencial para cumplir todos esos objetivos si se realiza adecuadamente".
El nuevo ciclo ionocalórico se suma a varios otros tipos de refrigeración "calórica" en desarrollo.
Estas técnicas utilizan distintos métodos para manipular materiales sólidos de modo que absorban o liberen calor. El enfriamiento ionocalórico se diferencia del anterior en que utiliza iones para impulsar los cambios de fase de sólido a líquido.
El uso de un líquido tiene la ventaja añadida de que el material es bombeable, lo que facilita la entrada o salida de calor del sistema, algo que ha sido difícil en la refrigeración de estado sólido.
Lilley y sus colegas calcularon que el ciclo ionocalórico tiene potencial para competir o incluso superar la eficiencia de los refrigerantes gaseosos presentes en la mayoría de los sistemas actuales. También demostraron la técnica experimentalmente.
Utilizaron una sal hecha con yodo y sodio, junto con carbonato de etileno, un disolvente orgánico habitual en las baterías de iones de litio.
"Existe la posibilidad de obtener refrigerantes que no sólo tengan un GWP (potencial de calentamiento global) cero, sino también un GWP negativo", afirma Lilley.
"Un material como el carbonato de etileno podría ser carbono negativo, porque se produce utilizando dióxido de carbono como insumo. Así podríamos utilizar el dióxido de carbono procedente de la captura de carbono".
Al hacer pasar corriente por el sistema, los iones se mueven y cambia el punto de fusión del material.
Cuando se funde, el material absorbe calor del entorno, y cuando se retiran los iones y el material se solidifica, devuelve calor.
El primer experimento mostró un cambio de temperatura de 25 grados centígrados utilizando menos de un voltio, una elevación de temperatura mayor que la demostrada por otras tecnologías calóricas.
"Hay tres aspectos que intentamos equilibrar: el GWP del refrigerante, la eficiencia energética y el coste del propio equipo", explica el Dr. Ravi Prasher, investigador de la Universidad de California en Berkeley y del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
"Desde el primer intento, nuestros datos parecen muy prometedores en estos tres aspectos".
"Tenemos este flamante ciclo termodinámico y un marco que reúne elementos de distintos campos, y hemos demostrado que puede funcionar".
"Ahora, es el momento de la experimentación para probar distintas combinaciones de materiales y técnicas para afrontar los retos de ingeniería".
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