Científicos desarrollan revolucionario sistema de refrigeración con efecto barocalórico extremo
Un equipo internacional de investigadores ha logrado un avance significativo en tecnología de refrigeración sostenible al desarrollar un sistema basado en soluciones acuosas de tiocianato de amonio que produce un efecto barocalórico extremo, alcanzando una caída de temperatura de 26,8 grados Kelvin a temperatura ambiente, según revela un estudio publicado en la revista Nature.
El descubrimiento representa un paso importante hacia alternativas más ecológicas a los sistemas de refrigeración convencionales, que actualmente dependen de refrigerantes fluorocarbonados con alto potencial de calentamiento global.
Según el estudio publicado en Nature, el nuevo sistema aprovecha un mecanismo de disolución y precipitación controlado por presión en soluciones acuosas de NH4SCN (tiocianato de amonio), que proporciona una capacidad de enfriamiento excepcionalmente grande y una eficiencia mejorada.
"La refrigeración es indispensable para la sociedad moderna, pero los sistemas dominantes de compresión de vapor dependen de refrigerantes fluorocarbonados perjudiciales para el medio ambiente con alto potencial de calentamiento global", señalan los investigadores en el artículo.
El efecto barocalórico se refiere a los cambios de temperatura que ocurren en ciertos materiales cuando se les aplica presión. En este caso, los científicos lograron una caída de temperatura in situ de 26,8 K en la solución a temperatura ambiente, superando a todos los materiales calóricos conocidos hasta la fecha.
Los investigadores diseñaron un ciclo similar al de Carnot que puede proporcionar una capacidad de enfriamiento de 67 julios por gramo por ciclo con una eficiencia del 77% según la segunda ley de la termodinámica. Esta alta eficiencia se beneficia de las enormes caídas de temperatura y la transferencia directa de calor debido a la solución acuosa autocirculante.
"Más allá del escenario de transición de fase, este enfoque basado en la disolución que combina los méritos de las tecnologías líderes actuales emerge como una prometedora solución de refrigeración sostenible", explican los autores del estudio.
La refrigeración calórica en estado sólido ha sido propuesta anteriormente como una alternativa de bajo carbono, pero su despliegue práctico se ha visto obstaculizado por la limitada capacidad de enfriamiento y la ineficiente transferencia indirecta de calor que requiere fluidos secundarios. El nuevo sistema supera estas limitaciones.
Los resultados de la investigación son particularmente relevantes en un contexto global donde se buscan alternativas a los refrigerantes tradicionales debido a su impacto ambiental negativo. El Protocolo de Montreal ha destacado la importancia de proteger el clima mediante la eliminación de estos compuestos.
El estudio también detalla cómo el equipo utilizó técnicas avanzadas como espectroscopía Raman, calorimetría diferencial de barrido y análisis térmico diferencial para caracterizar el comportamiento de las soluciones de NH4SCN bajo diferentes condiciones de presión y temperatura.
Los investigadores observaron que la respuesta de disolución/precipitación es inmediata cuando cambia la presión, lo que permite un control preciso del efecto de enfriamiento. Además, el sistema muestra una excelente reversibilidad, crucial para aplicaciones prácticas de refrigeración.
Este avance se suma a otros esfuerzos recientes en el campo de la refrigeración sostenible, como los efectos magnetocalóricos, electrocalóricos y elastocalóricos, pero destaca por su excepcional rendimiento y simplicidad relativa.
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Programa Clave de Investigación de Ciencias Fronterizas de la Academia China de Ciencias, según se reconoce en el estudio.
