Dê as boas-vindas ao arrefecimento ionocalórico: uma abordagem emergente para reduzir temperaturas que pode, no futuro, substituir métodos de refrigeração atuais por um processo mais seguro e potencialmente mais amigo do planeta.
Como funciona a refrigeração convencional (sistemas de compressão de vapor)
Na maioria dos equipamentos de frio, o princípio é conhecido: o sistema afasta calor de um determinado espaço através de um fluido refrigerante. Esse fluido absorve energia térmica ao evaporar (passa a gás), circula num circuito fechado de tubagens e, mais adiante, condensa de novo (regressa a líquido), libertando calor no exterior.
É um mecanismo eficaz - mas o desempenho não é o único critério relevante.
O problema dos refrigerantes: eficiência não chega quando o GWP é elevado
Apesar de funcionarem bem, alguns dos materiais escolhidos como refrigerantes têm um impacto ambiental significativo. Em particular, muitos sistemas de compressão de vapor recorrem a gases com elevado potencial de aquecimento global (GWP), incluindo vários hidrofluorocarbonetos (HFC).
Ainda assim, uma substância pode ser levada a absorver e libertar calor de mais do que uma forma - e é aí que entra o ciclo ionocalórico.
O ciclo ionocalórico: usar iões para “desbloquear” mudanças de fase
Uma estratégia apresentada em 2023, desenvolvida por investigadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia, em Berkeley, explora a forma como a energia é armazenada ou libertada quando um material muda de fase - como acontece quando o gelo (sólido) passa a água (líquida).
Veja o vídeo abaixo para um resumo.
Se aquecer um bloco de gelo, ele derrete. O que não é tão evidente a olho nu é que, ao derreter, o gelo absorve calor do meio envolvente - e, por isso, arrefece o que está à sua volta.
E não é obrigatório aumentar a temperatura para provocar essa fusão: uma maneira de fazer o gelo derreter é introduzir partículas carregadas, ou seja, iões. Um exemplo quotidiano é espalhar sal nas estradas para dificultar a formação de gelo.
No ciclo ionocalórico, o sal (na forma de iões) é igualmente usado para alterar a fase de um fluido e, com isso, retirar calor ao ambiente.
“O panorama dos refrigerantes continua a ser um problema em aberto”, afirmou o engenheiro mecânico Drew Lilley, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Califórnia.
“Ninguém conseguiu desenvolver com sucesso uma alternativa que arrefeça, seja eficiente, seja segura e não prejudique o ambiente. Acreditamos que o ciclo ionocalórico pode vir a cumprir esses objetivos, se for concretizado da forma adequada.”
O que foi demonstrado em 2023: modelação, corrente elétrica e ponto de fusão
Para avaliar o potencial da ideia, os investigadores modelaram a teoria do ciclo ionocalórico e mostraram como este poderá competir com a eficiência dos refrigerantes atuais - ou até superá-la.
Num cenário deste tipo, uma corrente elétrica aplicada ao sistema desloca os iões no interior do fluido, o que pode alterar o ponto de fusão do material. Ao deslocar esse ponto, o sistema consegue induzir a mudança de fase e, assim, produzir um efeito térmico mensurável (arrefecimento ou aquecimento, consoante a etapa do ciclo).
Experiências com carbonato de etileno: grande variação térmica com menos de 1 volt
A equipa também realizou testes com um sal à base de iodo e sódio para fundir carbonato de etileno. Este solvente orgânico é comum e é também utilizado em baterias de iões de lítio. Um detalhe adicional relevante: o carbonato de etileno pode ser produzido usando dióxido de carbono como matéria-prima, o que abre a possibilidade de o sistema não ser apenas de GWP (potencial de aquecimento global) zero, mas até de GWP negativo.
Nessa experiência, foi registada uma variação de temperatura de 25 °C com a aplicação de menos de um volt de carga - um resultado que, segundo os autores, ultrapassa o que outras tecnologias calóricas tinham conseguido até ao momento.
“Há três coisas que estamos a tentar equilibrar: o GWP do refrigerante, a eficiência energética e o custo do próprio equipamento”, explicou o engenheiro mecânico Ravi Prasher, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.
“Logo na primeira tentativa, os nossos dados parecem muito promissores nestes três aspetos.”
Emenda de Kigali e redução de HFC: onde o arrefecimento ionocalórico pode pesar
Os países que aderiram à Emenda de Kigali comprometeram-se a cortar a produção e o consumo de HFC em pelo menos 80% ao longo dos próximos 25 anos. Se conseguir escalar de forma fiável, o arrefecimento ionocalórico poderá tornar-se uma peça importante nesse esforço, ao oferecer uma alternativa com menor pegada climática do que muitos gases atualmente utilizados.
Do laboratório para aplicações reais: escala, materiais e integração em equipamentos
O passo seguinte passa por transformar a demonstração de laboratório em sistemas práticos, capazes de uso comercial e com boa escalabilidade. Isso implica resolver desafios de engenharia como a compatibilidade entre sais, solventes, vedações e componentes, além de assegurar estabilidade ao longo de muitos ciclos, segurança de operação e custos competitivos.
Uma vantagem adicional é a flexibilidade: em princípio, versões futuras destes sistemas poderão ser adaptadas não só para arrefecer, mas também para aquecer, aproximando-se do tipo de funcionalidade que hoje associamos a bombas de calor - com o potencial de beneficiar edifícios, cadeias de frio e até a gestão térmica de equipamentos eletrónicos.
Estudos em curso e o avanço de 2025 com sais de nitrato reciclados
As investigações continuam a testar diferentes sais para perceber que combinações são mais eficazes a retirar calor de um espaço. Em 2025, uma equipa internacional publicou resultados sobre uma versão altamente eficiente baseada em sais de nitrato, que são reciclados recorrendo a campos elétricos e membranas.
Esse desenvolvimento vai ao encontro do tipo de evolução que Prasher e colegas esperavam ver a partir do seu trabalho inicial.
“Temos um ciclo termodinâmico e uma estrutura totalmente novos que juntam elementos de áreas diferentes, e já demonstrámos que podem funcionar”, disse Prasher.
“Agora é a altura de experimentar, testando diferentes combinações de materiais e técnicas para responder aos desafios de engenharia.”
A investigação foi publicada na revista científica Ciência.
Uma versão anterior deste artigo foi publicada em janeiro de 2023.
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