Arrefecimento ionocalórico pode revolucionar a refrigeração sustentável

Conheça o arrefecimento ionocalórico, uma nova forma de reduzir temperaturas que poderá substituir os métodos de refrigeração actuais por um processo mais seguro e menos prejudicial para o planeta.

Os sistemas de refrigeração convencionais retiram calor de um espaço através de um fluido que o absorve ao evaporar e transformar-se em gás. Esse gás circula num circuito fechado, onde volta a condensar-se e a converter-se em líquido.

Embora seja eficaz, este processo recorre frequentemente a refrigerantes que são particularmente nocivos para o ambiente.

Contudo, existem várias formas de levar uma substância a absorver ou libertar energia térmica.

Como funciona o arrefecimento ionocalórico

Um método apresentado em 2023 por investigadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia, em Berkeley, explora a maneira como a energia é armazenada ou libertada quando um material muda de fase - como acontece, por exemplo, quando o gelo sólido se transforma em água líquida.

Veja o vídeo abaixo para um resumo:

Ao aumentar a temperatura de um bloco de gelo, este derrete. O que pode ser menos evidente é que a fusão absorve calor do meio envolvente, arrefecendo-o efectivamente.

Uma forma de fazer o gelo derreter sem elevar a temperatura consiste em adicionar algumas partículas carregadas, ou iões. Espalhar sal nas estradas para evitar a formação de gelo é um exemplo comum deste princípio.

O ciclo ionocalórico também recorre a sal para alterar a fase de um fluido e arrefecer o espaço circundante.

"O panorama dos refrigerantes continua a ser um problema sem solução", afirmou o engenheiro mecânico Drew Lilley, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Califórnia.

"Ninguém desenvolveu com sucesso uma solução alternativa que arrefeça, funcione de forma eficiente, seja segura e não prejudique o ambiente. Acreditamos que o ciclo ionocalórico pode cumprir todos esses objectivos, se for concretizado de forma adequada."

Os investigadores modelaram a teoria do ciclo ionocalórico para demonstrar que este poderia competir com a eficiência dos refrigerantes hoje utilizados ou até superá-la. Uma corrente eléctrica que atravesse o sistema deslocaria os iões nele presentes, alterando o ponto de fusão do material e, consequentemente, a temperatura.

A equipa realizou igualmente experiências com um sal composto por iodo e sódio para derreter carbonato de etileno. Este solvente orgânico comum também é utilizado em baterias de iões de lítio e é produzido com dióxido de carbono como matéria-prima. Assim, o sistema poderia não só ter um potencial de aquecimento global (GWP) nulo, como até apresentar um GWP negativo.

Resultados e eficiência do ciclo ionocalórico

Na experiência, a aplicação de menos de um volt de carga produziu uma variação de temperatura de 25 °C, um resultado que ultrapassa o alcançado até agora por outras tecnologias calóricas.

"Estamos a tentar equilibrar três factores: 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 nos três aspectos."

Os sistemas de compressão de vapor actualmente usados nos processos de refrigeração dependem de gases com GWP elevado, incluindo vários hidrofluorocarbonetos (HFC).

Os países que aderiram à Emenda de Kigali comprometeram-se a reduzir a produção e o consumo de HFC em pelo menos 80 por cento nos próximos 25 anos - e o arrefecimento ionocalórico poderá desempenhar um papel importante nesse esforço.

Da investigação laboratorial à utilização comercial

Agora, os investigadores precisam de transferir a tecnologia do laboratório para sistemas práticos, capazes de utilização comercial e de aumentar de escala sem problemas. No futuro, estes sistemas poderão servir tanto para aquecer como para arrefecer.

As investigações em curso estão a testar diferentes sais para determinar que combinações podem ser mais eficazes a retirar calor de um espaço. Em 2025, uma equipa internacional de investigadores publicou os resultados do seu estudo sobre uma versão altamente eficiente que utiliza sais à base de nitrato, reciclados com campos eléctricos e membranas.

É precisamente o tipo de desenvolvimento que Prasher e a sua equipa previam que a investigação pudesse desencadear.

"Temos este ciclo e enquadramento termodinâmico inteiramente novos, que reúne elementos de diferentes áreas, e demonstrámos que pode funcionar", afirmou Prasher.

"Agora, chegou o momento de experimentar diferentes combinações de materiais e técnicas para enfrentar os desafios de engenharia."

A investigação foi publicada na revista Science.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em janeiro de 2023.