El invento que jubilará al aire acondicionado: baja 25 grados la temperatura de casa sin casi gastar luz

Este verano, hay momentos en España en los que uno mira el termómetro con incredulidad. Algunas ciudades han alcanzado los 44 ºC y no hay nada como el aire acondicionado para combatir el constante sofoco. Sin embargo, y pese a nuevos modelos y sus constantes mejoras, esta tecnología sigue teniendo sus limitaciones a la hora de refrigerar una estancia: consume mucha energía, unos 1.000 Wh de media, y en la gran mayoría de los casos depende de refrigerantes hidrofluorocarbonados (HFC), que emiten potentes gases de efecto invernadero y contribuyen decisivamente a empeorar el cambio climático.

Desde hace años, se exploran maneras alternativas para refrigerar, con métodos que van desde el magnetismo hasta la presión, el estiramiento o los campos eléctricos, con el objetivo de manipular materiales sólidos para que absorban o liberen calor. Hay incluso quien ha combinado tres técnicas distintas para enfriar 9 grados la temperatura sin usar electricidad. Pero pocos han conseguido plantear una manera completamente nueva de enfriar (y calentar), algo de lo que sí pueden presumir Drew Lilley y Ravi Prasher, científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) de California, en Estados Unidos.

Estos dos jóvenes ingenieros pretenden aprovechar el potencial que ofrece el ciclo ionocalórico que, según los resultados obtenidos, puede competir o incluso mejorar la eficiencia de los refrigerantes que se utilizan hoy en día, sin contaminar y con un gasto de energía mínimo. 

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"El panorama de los refrigerantes es un problema sin resolver", afirma Lilley en una publicación del propio laboratorio Berkeley. "Nadie ha desarrollado con éxito una solución alternativa que haga que las cosas se enfríen, funcione eficientemente, sea segura y no dañe el medio ambiente. Creemos que el ciclo ionocalórico tiene potencial para cumplir todos esos objetivos si se realiza adecuadamente".

La clave está en la sal

Los nuevos métodos y técnicas para refrigerar se enmarcan en las crecientes restricciones internacionales a los materiales y gases contaminantes. Los países firmantes de la Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal (que limitaba las sustancias que dañaban la capa de ozono), entre ellos España, se han comprometido a reducir la producción y el consumo de HFC en al menos un 80% en los próximos 25 años. Y en ese cambio, creen los investigadores, puede desempeñar un papel importante la refrigeración ionocalórica.

El ingeniero mecánico Drew Lilley en el Berkeley Lab Thor Swift / Berkeley Lab Omicrono

Los hallazgos iniciales de Lilley y Prasher se presentaron en diciembre de 2022 en la revista Science. Su técnica basada en iones parte de la misma física que motiva a echar sal al pavimento cuando se avecina un fuerte temporal en invierno para que no se forme hielo en la calzada.

La sal supone aplicar un flujo de iones (átomos cargados eléctricamente) en el suelo para afectar en el ciclo ionocalórico que se produce cuando un líquido se congela y viceversa. En ese proceso, el calor se almacena o se libera para que el material realice ese cambio de estado de líquido a sólido.

Primer experimento

Los investigadores creen que, aplicando en el ambiente una corriente de iones que atraviese el sistema que se quiere enfriar o calentar, es posible variar su temperatura cambiando el punto de fusión del material. "El primer experimento mostró un cambio de temperatura de 25 grados centígrados utilizando menos de un voltio (0,22 voltios), un aumento de temperatura mayor que el demostrado por otras tecnologías calóricas", aseguran sus responsables, actuales investigadores en el mismo Berkeley Lab del que han salido 16 premios Nobel.

Ilustración de los iones actuando para congelar los alimentos Jenny Nuss/Berkeley Lab Omicrono

Para demostrar la teoría en el laboratorio, Drew Lilley utilizó una sal a base de yodo y sodio, junto con carbonato de etileno, un solvente orgánico común que suele utilizarse en las baterías de iones de litio. Esta combinación, barata y abundante, puede resolver numerosos problemas, además de ayudar a refrigerar nuestros hogares.

"Hay potencial para tener refrigerantes que no sólo tengan un GWP [potencial de calentamiento global] cero, sino que tengan un GWP negativo", aseguró Lilley. "Utilizar un material como el carbonato de etileno podría ser negativo en carbono, porque se produce utilizando dióxido de carbono como insumo. Así, podríamos utilizar el CO2 procedente de la captura de carbono". Es decir, que el nuevo refrigerante ionocalórico no sólo no sería contaminante, sino que ayudaría a combatir directamente el cambio climático.

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Además del GWP, había otros dos elementos fundamentales que los investigadores tenían como prioridad: la eficiencia energética y el coste de los equipos, para que sean asequibles y puedan fabricarse fácilmente. "Desde el primer intento, nuestros datos parecen muy prometedores en estos tres aspectos", sostiene Prasher.

Una vez demostrada su viabilidad en el laboratorio, los investigadores siguen trabajando en distintos prototipos para determinar cómo podrían escalar la técnica para soportar grandes cantidades de refrigeración. También pretenden mejorar la cantidad de cambios de temperatura que puede soportar el sistema y su eficiencia, para que pueda ser un competidor en el mercado a las soluciones ya disponibles.

"Tenemos un ciclo termodinámico y un marco totalmente nuevos que reúnen elementos de distintos campos y hemos demostrado que pueden funcionar", afirma Prasher. "Ahora, es el momento de la experimentación para probar distintas combinaciones de materiales y técnicas que permitan superar los retos de ingeniería", concluye.

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