p Conforme as temperaturas sobem, os condicionadores de ar estão ligados. O resfriamento consome muita energia - o que sobrecarrega as redes de energia e aumenta as emissões em países ainda dependentes de combustíveis fósseis. p Quase 20% da eletricidade usada em todo o mundo é usada para resfriar edifícios. Deixado desmarcado, esse número pode triplicar até 2035. Uma solução:desenvolver tecnologias para tornar o resfriamento mais eficiente.

p Pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) estão desenvolvendo uma tecnologia de resfriamento alternativa que usa adsorção (com um 'd') - a fixação e liberação de compostos refrigerantes por um material adsorvente. Em busca de vários materiais nanoporosos como adsorventes, pesquisadores se voltaram para polímeros orgânicos covalentes (COPs). COPs podem adsorver três vezes mais refrigerante do que as melhores alternativas disponíveis, resultando em um resfriamento mais eficiente.

p Mas a história sobre como essa descoberta recente aconteceu é um pouco inesperada. Pequenos defeitos no material aumentaram a adsorção de forma perfeitamente imperfeita.

p "Era incomum, sabe? Sabíamos que algo inexplicável estava acontecendo com nossos resultados, mas não tinha certeza do porquê, "disse Radha Motkuri, um engenheiro químico da PNNL que liderou o estudo, que foi selecionado como um artigo HOT e entre os 10% principais das publicações em Angewandte Chemie .

p Resfriamento mais eficiente ... por acidente

p Algumas das grandes descobertas do mundo foram feitas por acidente, como náilon, a invenção das microondas, ou mesmo vidro inquebrável. No caso de resfriamento, algumas pequenas falhas levaram a grandes insights.

p Na última década, Pete McGrail, um pesquisador de laboratório PNNL, e Motkuri, junto com sua equipe, têm estudado materiais que são mais eficientes na adsorção de refrigerantes comuns usados ​​em sua tecnologia de resfriamento por adsorção. Eles fizeram grandes avanços na engenharia de diferentes tipos de materiais porosos que hospedam refrigerantes. Mas eles pensaram que pode haver um potencial inexplorado em outros materiais nanoporosos, incluindo COPs.

p "À medida que as questões climáticas continuam a crescer, encontrar maneiras de reduzir o consumo de energia, como por meio de resfriamento alternativo e mais eficiente, é uma necessidade absoluta, "disse McGrail." Esta pesquisa se baseia em nossa tecnologia de resfriamento vencedora do Prêmio R&D 100 de 2017 ".

p Os polímeros são usados ​​em todas as esferas da vida, de xampus a trajes espaciais. Eles podem ser combinados com outros elementos para servir a diferentes propósitos - quando combinados com carbono, por exemplo, eles podem ser transformados em poliéster e náilon.

p A equipe testou 23 COPs diferentes para ver seu potencial para resfriamento por adsorção ou refrigeração. Mais estabilizado com baixas capacidades de adsorção, o que significa que eles não podiam mais ser adsorvidos e estavam no limite máximo. Mas, dois não - a adsorção aumentou. E continuou subindo.

p "Achamos que algo estava errado com o instrumento quando testamos as capacidades de adsorção. As taxas eram muito mais altas do que esperávamos, "disse Motkuri.

p Então, eles tentaram novamente. Eles obtiveram os mesmos resultados. Dois compostos, chamado COP-2 e COP-3, tinha capacidades de adsorção altíssimas. Eles estavam tão altos que estava além do que os pesquisadores esperavam. Então, Motkuri procurou um colaborador na França, Guillaume Maurin da Universidade de Montpellier, com expertise em simulações moleculares para prever a adsorção desses dois polímeros.

p Como um furtivo, COP-2 e COP-3 são anéis químicos de carbono e nitrogênio, todos empilhados juntos. Eles tiveram que desempacotar cada camada para ver como isso afetava a adsorção.

p Estranhamente, os modelos de estrutura de COP-2 e COP-3 simulados não levaram aos níveis de adsorção que viram na bancada do laboratório. Nas simulações, a adsorção estabilizou. No laboratório, Contudo, subiu exponencialmente.

p "Foi quando percebemos que algo mais estava acontecendo, "disse Motkuri." E, nossa equipe teve uma ideia. "Com base em um trabalho anterior, os pesquisadores sabiam que pequenos defeitos desempenham um papel interessante na adsorção. "E se adicionássemos defeitos a esses modelos de estrutura do COP na simulação?"

p Defeitos que são tudo menos defeituosos

p Maurin e sua equipe usaram simulações para criar pequenos orifícios, ou defeitos, no material, removendo algumas das características químicas dos anéis.

p "Foi quando vimos algo mágico acontecer, "disse Motkuri. A adsorção aumentou, e a adsorção para os polímeros altamente defeituosos alinhados com os resultados do laboratório.

p Eles descobriram que defeitos estratégicos aumentam a adsorção em COPs, o que explica as taxas aumentadas que eles observaram no laboratório.

p "Dois dos COPs que estávamos testando no laboratório tinham defeitos para começar, "disse Maurin." Às vezes as coisas dão certo, mesmo quando é um pouco inesperado. "

p Por que o resfriamento eficiente é tão importante para o clima?

p O resfriamento não é apenas para conforto em um dia quente de verão. O calor extremo é um perigo mortal para a saúde. Com o aumento das temperaturas globais, algumas regiões povoadas podem se tornar muito quentes para serem habitáveis ​​em certas partes do ano.

p Adicionalmente, espera-se que as futuras demandas de energia aumentem, e o ar condicionado já consome muita energia. Em 2019, 8,5% do consumo de eletricidade dos EUA foi de condicionadores de ar, de acordo com a Agência Internacional de Energia. No mundo todo, as redes elétricas podem ficar sobrecarregadas à medida que o número de sistemas de resfriamento aumenta, as populações crescem, e a renda aumenta, permitindo que mais pessoas comprem aparelhos de ar-condicionado.

p Isso se torna particularmente importante em áreas onde a energia não vem de fontes verdes. Espera-se que o ar-condicionado aumente substancialmente em países onde atualmente é menos comum, como a Indonésia ou a Índia.

p Os condicionadores de ar de alto desempenho podem reduzir a demanda de energia para resfriamento pela metade. O desenvolvimento de tecnologias na direção de um resfriamento mais eficiente é um objetivo principal, especialmente porque a energia necessária para o resfriamento deve triplicar nas próximas três décadas. O desenvolvimento de tecnologia para um resfriamento mais eficiente pode ajudar a mitigar os desafios em um mundo que aquece rapidamente.