Los investigadores esperan que la refrigeración ionocalórica pueda ayudar muy pronto a sustituir a los refrigerantes actuales de nuestros frigoríficos y aparatos de aire acondicionado
¿Por qué se echa sal en la carretera cuando se acerca una helada? La sal disuelta en el agua baja la temperatura a la que se forma el hielo. Este principio básico lo han aplicado los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de Estados Unidos para desarrollar un nuevo método de calefacción y refrigeración. La técnica, que han denominado «refrigeración ionocalórica», se describe en un artículo publicado en la revista Science y puede ser revolucionario.
Los sistemas de refrigeración actuales aprovechan la forma en que la energía, o el calor, se almacena o libera cuando un material cambia de fase, por ejemplo, al pasar sólido a líquido, o de gas a líquido. Para fundirse un material absorbe calor del entorno, mientras que al solidificarse libera calor. El ciclo ionocalórico provoca este cambio de fase mediante el flujo de iones (átomos o moléculas cargados eléctricamente) que proceden de una sal disuelta al aplicar una corriente eléctrica. Al licuarse, absorbe calor, es decir, enfría lo que tiene alrededor.
Los investigadores esperan que el método pueda algún día proporcionar calefacción y refrigeración eficientes, que representan más de la mitad de la energía utilizada en los hogares, y ayudar a eliminar gradualmente los actuales sistemas de «compresión de vapor», que utilizan como refrigerantes gases con un alto potencial de efecto invernadero y que contribuyen al calentamiento global. La refrigeración ionocalórica eliminaría el riesgo de que esos gases se escapen a la atmósfera sustituyéndolos por componentes sólidos y líquidos.
El panorama de los refrigerantes es un problema sin resolver: nadie ha desarrollado con éxito una solución alternativa que enfríe las cosas, funcione eficazmente, sea segura y no dañe el medio ambiente. El ciclo ionocalórico tiene potencial para cumplir todos esos objetivos si se realiza adecuadamente, según declaraciones de los investigadores.
Encontrar una solución que sustituya a los refrigerantes actuales es esencial para que los países cumplan los objetivos del cambio climático. La Enmienda de Kigali (aceptada por 145 partes, incluido Estados Unidos en octubre de 2022), compromete a los signatarios a reducir la producción y el consumo de hidrofluorocarburos (HFC), empleados en los sistemas de refrigeración actuales, 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 nuevo ciclo ionocalórico se suma a varios otros tipos de refrigeración «calórica» en fase de desarrollo. Estas técnicas utilizan distintos métodos -como magnetismo, presión, estiramiento y campos eléctricos- para manipular materiales sólidos de modo que absorban o liberen calor. La refrigeración ionocalórica se diferencia de la anterior en que utiliza iones para provocar cambios de fase de sólido a líquido. El uso de un líquido tiene la ventaja añadida de que el material se puede bombear, lo que facilita la entrada y salida de calor del sistema, algo con lo que la refrigeración en estado sólido ha tenido problemas.
Los científicos de Berkeley calcularon que el ciclo ionocalórico tiene potencial para competir o incluso superar la eficiencia de los refrigerantes gaseosos de la mayoría de los sistemas actuales. El sistema emplea una sal hecha de yodo y sodio, junto con carbonato de etileno, un disolvente orgánico habitual en las baterías de iones de litio. Estos compuestos son abundantes y no contribuyen al calentamiento global. De hecho, un material como el carbonato de etileno podría ser carbono negativo, porque se produce utilizando dióxido de carbono como insumo.
El primer experimento mostró un cambio de temperatura de 25 grados centígrados utilizando menos de un voltio de corriente, una elevación de temperatura mayor que la demostrada por otras tecnologías calóricas. Aunque los métodos calóricos se suelen aplicar a la refrigeración, también pueden aprovecharse para el calentamiento de agua o la calefacción industrial.
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