O verão está em pleno andamento nos EUA, e as pessoas estão ligando seus aparelhos de ar condicionado para combater o calor. Mas os refrigerantes de hidrofluorcarbono nesses e em outros dispositivos de resfriamento são potentes gases de efeito estufa e os principais impulsionadores das mudanças climáticas. Hoje, os cientistas relatam um dispositivo protótipo que poderia um dia substituir os "A/Cs" existentes. É muito mais ecológico e usa refrigerantes sólidos para resfriar um espaço com eficiência.
Os pesquisadores apresentarão seus resultados hoje na reunião de outono da American Chemical Society (ACS).

"Basta instalar um condicionador de ar ou jogar um fora é um grande impulsionador do aquecimento global", diz Adam Slavney, Ph.D., que está apresentando este trabalho na reunião. Os refrigerantes usados ​​nesses sistemas são milhares de vezes mais potentes que o dióxido de carbono e podem vazar acidentalmente dos sistemas quando estão sendo manuseados ou descartados.

Os sistemas de refrigeração tradicionais, como os condicionadores de ar, funcionam fazendo com que um refrigerante alterne entre um gás ou um líquido. Quando o líquido se torna um gás, ele se expande e absorve calor, resfriando uma sala ou o interior de uma geladeira. Um compressor que funciona a cerca de 70-150 libras por polegada quadrada (psi) transforma o gás de volta em líquido, liberando calor. No caso dos aparelhos de ar condicionado, esse calor é direcionado para fora de casa. Embora esse ciclo seja eficiente, as preocupações com as mudanças climáticas e regulamentações mais rígidas sobre refrigerantes hidrofluorocarbonados estão estimulando a busca por refrigerantes mais ambientalmente responsáveis.

Os refrigerantes sólidos podem ser uma solução ideal. Ao contrário dos gases, os sólidos não vazam para o ambiente das unidades de ar condicionado. Uma classe de refrigerantes sólidos, chamados materiais barocalóricos, funcionam de forma semelhante aos sistemas tradicionais de refrigeração gás-líquido. Eles usam mudanças de pressão para passar por ciclos de calor, mas, neste caso, a pressão leva a uma mudança de fase sólida para sólida. Isso significa que o material permanece sólido, mas a estrutura molecular interna muda. O aspecto estrutural chave desses materiais sólidos barocalóricos é que eles contêm cadeias moleculares longas e flexíveis que são tipicamente flexíveis e desordenadas. Mas sob pressão, as correntes se tornam mais ordenadas e rígidas – uma mudança que libera calor. O processo de passar de uma estrutura ordenada para uma estrutura relaxada é como derreter a cera, mas sem se tornar um líquido, diz Jarad Mason, Ph.D., pesquisador principal do projeto, que está na Universidade de Harvard. Quando a pressão é liberada, o material reabsorve o calor, completando o ciclo.

Uma desvantagem dos sistemas barocalóricos, no entanto, é que a maioria desses materiais requer pressões maciças para conduzir os ciclos de calor. Para produzir essas pressões, os sistemas precisam de equipamentos caros e especializados que não são práticos para aplicações de resfriamento do mundo real. Mason e sua equipe relataram recentemente materiais barocalóricos que podem atuar como refrigerantes em pressões muito mais baixas. Eles agora mostraram que os refrigerantes, que são chamados de perovskitas de iodetos metálicos, podem funcionar em um sistema de resfriamento que eles construíram do zero. “Os materiais que relatamos são capazes de circular a cerca de 3.000 psi, que são pressões nas quais um sistema hidráulico típico pode trabalhar”, diz Slavney.

A equipe agora construiu um protótipo inédito que demonstra o uso desses novos materiais em um sistema de resfriamento prático. O dispositivo tem três partes principais. Um é um tubo de metal embalado com o refrigerante sólido e um líquido inerte – água ou óleo. Outra peça do dispositivo é um pistão hidráulico que aplica pressão ao líquido. Finalmente, o líquido ajuda a transferir essa pressão para o refrigerante e ajuda a transportar calor pelo sistema.

Depois de resolver vários desafios de engenharia, a equipe mostrou que os materiais barocalóricos funcionam como refrigerantes funcionais, transformando mudanças de pressão em ciclos completos de mudança de temperatura. "Nosso sistema ainda não usa pressões tão baixas quanto as dos sistemas de refrigeração comercial, mas estamos chegando mais perto", diz Mason. Para o conhecimento da equipe, este é o primeiro sistema de refrigeração em funcionamento usando refrigerantes de estado sólido que dependem de mudanças de pressão.

Com o dispositivo em mãos, a equipe planeja testar uma variedade de materiais barocalóricos. "Nós realmente esperamos usar esta máquina como um teste para nos ajudar a encontrar materiais ainda melhores", diz Slavney, incluindo aqueles que trabalham em pressões mais baixas e que conduzem melhor o calor. Com um material ideal, os pesquisadores acreditam que os refrigerantes de estado sólido podem se tornar um substituto viável para o ar condicionado atual e outras tecnologias de resfriamento. + Explorar mais

Os N-alcanos provaram ser um material de resfriamento seguro, inovador e ecológico