O resfriamento e o aquecimento do ambiente são uma necessidade comum na maioria das áreas habitadas. Na Europa, a energia consumida para o ar condicionado está aumentando, e a situação pode piorar em um futuro próximo devido ao aumento da temperatura em diferentes regiões do mundo. A crescente necessidade de refrigeração em edifícios, especialmente durante a temporada de verão, é satisfeito com aparelhos de ar condicionado, que muitas vezes fazem uso de refrigerantes com alto impacto ambiental e também levam a um alto consumo de eletricidade. Então, como os engenheiros podem reduzir a demanda de energia para refrigeração de edifícios?

Um novo estudo publicado em Avanços da Ciência por um grupo de pesquisa sediado no Politecnico di Torino (SMaLL) e no Instituto Nacional de Pesquisas Metrológicas (INRiM) propõe um dispositivo capaz de gerar uma carga de resfriamento sem o uso de eletricidade. Como dispositivos de resfriamento mais tradicionais, esta nova tecnologia também explora a evaporação de um líquido. Contudo, a ideia-chave proposta pelos pesquisadores de Torino é usar água simples e sal comum em vez de produtos químicos potencialmente prejudiciais ao meio ambiente. O impacto ambiental do novo dispositivo também é reduzido porque é baseado em fenômenos passivos, ou seja, processos espontâneos de capilaridade e evaporação, em vez de bombas e compressores que requerem energia e manutenção.

“O resfriamento por evaporação de água sempre foi conhecido. Por exemplo, a natureza usa a evaporação do suor da pele para resfriar nosso corpo. Contudo, esta estratégia é eficaz desde que o ar não esteja saturado com vapor de água. Nossa ideia era chegar a uma tecnologia de baixo custo capaz de maximizar o efeito de resfriamento independentemente das condições externas do vapor de água. Em vez de ser exposto ao ar, a água pura está em contato com uma membrana impermeável que a mantém separada de uma solução salina altamente concentrada. A membrana pode ser imaginada como uma peneira porosa com tamanho de poro da ordem de um milionésimo de metro. Devido às suas propriedades repelentes de água, nossa água líquida de membrana não passa através da membrana, ao passo que seu vapor sim. Desta maneira, a água doce e salgada não se misturam, enquanto um fluxo constante de vapor de água ocorre de uma extremidade à outra da membrana. Como resultado, água pura é resfriada, com este efeito sendo ainda mais amplificado graças à presença de diferentes estágios de evaporação. Claramente, a concentração de água salgada diminuirá constantemente e o efeito de resfriamento diminuirá com o tempo; Contudo, a diferença de salinidade entre as duas soluções pode ser continuamente - e de forma sustentável - restaurada usando energia solar, como também demonstrado em outro estudo recente do nosso grupo, "explica Matteo Alberghini, Ph.D. estudante do Departamento de Energia do Politecnico di Torino e primeiro autor da pesquisa.

A característica interessante do dispositivo sugerido é o seu design modular composto por unidades de resfriamento com alguns centímetros de espessura cada, que pode ser empilhado para aumentar o efeito de resfriamento em série, como acontece com as baterias comuns. Desta maneira, é possível ajustar a potência de resfriamento de acordo com as necessidades individuais, possivelmente atingindo capacidade de resfriamento comparável àquela normalmente necessária para uso doméstico. Além disso, água e sal não precisam de bombas ou outros auxiliares para serem transportados dentro do dispositivo. Pelo contrário, ele se move espontaneamente graças aos efeitos capilares de alguns componentes que são capazes de absorver e transportar água, mesmo contra a gravidade.

"Outras tecnologias para resfriamento passivo também estão sendo testadas em vários laboratórios e centros de pesquisa em todo o mundo, como aqueles baseados na dissipação de calor infravermelho para o espaço sideral - também conhecido como resfriamento passivo radiativo. Essas abordagens, embora promissor e adequado para algumas aplicações, também apresentam limitações importantes:O princípio em que se baseiam pode ser ineficaz em climas tropicais e, em geral, em dias muito úmidos, quando a necessidade de condicionamento seria alta; além disso, há um limite teórico para a potência máxima de resfriamento. Nosso protótipo passivo, baseado em vez de resfriamento evaporativo entre duas soluções aquosas com salinidades diferentes, poderia superar esse limite, criando um efeito útil independente da umidade externa. Além disso, poderíamos obter uma capacidade de resfriamento ainda maior no futuro, aumentando a concentração da solução salina ou recorrendo a um design modular mais sofisticado do dispositivo, "escreveram os pesquisadores.

Também, a simplicidade da montagem do dispositivo e os materiais necessários acarreta um baixo custo de produção, na ordem de alguns euros por cada etapa de resfriamento. Como tal, o dispositivo pode ser ideal para instalações em áreas rurais, onde a possível falta de técnicos bem treinados pode dificultar a operação e manutenção dos sistemas de refrigeração tradicionais. Aplicações interessantes também podem ser previstas em regiões com alta disponibilidade de água salgada, como regiões costeiras nas proximidades de grandes usinas de dessalinização ou pântanos salgados e minas de sal nas proximidades.

A partir de agora, a tecnologia ainda não está pronta para exploração comercial imediata, e novos desenvolvimentos (também sujeitos a financiamento futuro ou parcerias industriais) são necessários. Em perspectiva, esta tecnologia pode ser usada em combinação com sistemas de resfriamento existentes e mais tradicionais para implementar estratégias de economia de energia com eficácia.