Damos-lhe as boas-vindas ao arrefecimento ionocalórico

O arrefecimento ionocalórico é uma abordagem recente para baixar temperaturas, com capacidade para vir a substituir métodos de refrigeração já estabelecidos por um processo mais seguro e com menor impacto ambiental.

O que acontece na refrigeração convencional

Na refrigeração típica, o calor é retirado de um espaço através de um fluido: esse fluido absorve energia térmica ao evaporar (passando a gás), circula num circuito fechado e, depois, é condensado novamente para o estado líquido.

Embora seja um mecanismo muito eficaz, alguns dos materiais escolhidos como refrigerantes são especialmente prejudiciais para o ambiente.

A mudança de fase como alternativa para “puxar” calor

Ainda assim, não existe apenas uma forma de obrigar uma substância a absorver e a libertar energia térmica.

Uma proposta apresentada em 2023, desenvolvida por investigadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia, Berkeley, explora a energia que fica armazenada ou é libertada quando um material muda de fase - tal como quando o gelo sólido se transforma em água líquida, por exemplo.

Veja o vídeo abaixo para um resumo:

Se aumentar a temperatura de um bloco de gelo, ele derrete. O que nem sempre é tão evidente é que esse derretimento absorve calor do que está à volta e, na prática, arrefece o ambiente próximo.

Uma forma de fazer o gelo derreter sem “subir o aquecimento” é adicionar algumas partículas carregadas, isto é, iões. Um exemplo comum é o sal espalhado nas estradas para impedir a formação de gelo.

Como o ciclo ionocalórico permite o arrefecimento ionocalórico

O ciclo ionocalórico recorre igualmente a sais para provocar uma mudança de fase num fluido e, assim, arrefecer o meio envolvente.

“O panorama dos refrigerantes é um problema ainda por resolver”, afirmou o engenheiro mecânico Drew Lilley, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Califórnia.

“Ninguém conseguiu, até hoje, desenvolver uma solução alternativa que arrefeça, funcione com eficiência, seja segura e não prejudique o ambiente. Achamos que o ciclo ionocalórico tem potencial para cumprir todos esses objectivos, se for concretizado de forma adequada.”

Para sustentar essa hipótese, os investigadores modelaram a teoria do ciclo ionocalórico e mostraram como este poderia competir com a eficiência dos refrigerantes usados actualmente - ou até superá-la. No sistema, uma corrente eléctrica deslocaria os iões, alterando o ponto de fusão do material e, com isso, a temperatura.

Experiências com sal de iodo e sódio e carbonato de etileno

A equipa também realizou testes com um sal feito a partir de iodo e sódio para derreter carbonato de etileno. Este solvente orgânico comum é igualmente utilizado em baterias de iões de lítio e é produzido usando dióxido de carbono como insumo. Isso pode tornar o sistema não só com GWP (potencial de aquecimento global) zero, como até com GWP negativo.

Foi registada, no ensaio, uma variação de temperatura de 25 °C (45 °F) com a aplicação de menos de um único volt de carga - um resultado que ultrapassa o que outras tecnologias calóricas conseguiram alcançar até ao momento.

Eficiência, impacto climático e custo do equipamento

“Há três coisas que estamos a tentar equilibrar: o GWP do refrigerante, a eficiência energética e o custo do próprio equipamento”, disse 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 em processos de refrigeração dependem de gases com GWP elevado, como vários hidrofluorocarbonetos (HFCs).

Os países que aderiram à Emenda de Kigali comprometeram-se a reduzir, pelo menos, em 80 por cento a produção e o consumo de HFCs ao longo dos próximos 25 anos - e o arrefecimento ionocalórico poderá ter um papel relevante nesse objectivo.

Do laboratório para sistemas comerciais (e também para aquecimento)

O passo seguinte para os investigadores é levar esta tecnologia para fora do laboratório e transformá-la em sistemas práticos, utilizáveis comercialmente, que possam ser escalados sem problemas. A prazo, estes sistemas poderão servir tanto para aquecer como para arrefecer.

Entretanto, continuam a decorrer estudos que testam diferentes sais, para perceber que combinações são mais eficazes a extrair calor de um espaço. Em 2025, uma equipa internacional de investigadores publicou os resultados de um estudo sobre uma versão altamente eficiente que utiliza sais à base de nitratos, os quais são reciclados recorrendo a campos eléctricos e membranas.

Foi exactamente esse tipo de evolução que Prasher e a sua equipa esperavam que a investigação viesse a desencadear.

“Temos este ciclo termodinâmico e esta estrutura totalmente novos, que juntam elementos de áreas diferentes, e demonstrámos que podem funcionar”, afirmou Prasher.

“Agora, é tempo de experimentar, testando diversas 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.