Aire acondicionado y frigoríficos: ¿hay alternativas a los sistemas actuales?

Si tienes cierta edad, te acordarás de lo que ocurrió con la capa de ozono en los años 80 y 90 del siglo pasado. En esta época, los científicos descubrieron que unas sustancias químicas artificiales llamadas clorofluorocarbonos (CFC) estaban destruyendo la capa de ozono de la Tierra, una delgada capa gaseosa que absorbe la mayor parte de la radiación ultravioleta del sol (la que provoca cáncer).

En determinados lugares cerca de los polos, como por ejemplo Australia, el pronóstico del tiempo empezó a dar los niveles de radiación ultravioleta, además de las temperaturas y precipitaciones. 

Los CFC se utilizaban para todo: eran los gases que hacían funcionar a los frigoríficos y los aparatos de aire acondicionado, y también se empleaban como propelente en los sprays a presión, como los de nata montada. Una prohibición mundial del uso de CFC nos salvó de morir fritos. Pero, ¿qué sustituyó a los CFC?

La industria comenzó a utilizar compuestos alternativos, como los hidroclorofluorocarburos (HCFC), y los hidrofluorocarburos (HFC). Estos gases afectan mucho menos a la capa de ozono, pero a cambio, producen un enorme efecto invernadero cuando se escapan a la atmósfera.

Además, los HCFC siguen siendo perjudiciales para la capa de ozono y se están eliminando progresivamente en virtud del Protocolo de Montreal. Por desgracia, estas sustancias son necesarias para los sistemas de refrigeración de todo el mundo, que se basan en el cambio de fase.  

Cuando un líquido pasa a gas, absorbe calor. Si has recargado un mechero con butano comprimido, notarás que la boquilla se enfría por la expansión del gas, que se encuentra en forma de líquido en la botella.

Este es el principio por el que funcionan los aparatos de aire acondicionado y los frigoríficos, en los que un compresor comprime uno de los gases mencionados anteriormente que, al expandirse, se enfría.

En esencia, se está transformando la energía eléctrica en energía mecánica del compresor, y esto permite el intercambio de calor para el cambio de fase que enfría nuestra casa y nuestra comida.   

Hay pocos procesos que produzcan frio a partir de energía mecánica de forma eficiente. Los sistemas de refrigeración basados en vapor presurizado alcanzan como mucho una eficiencia del 60%, y es mucho menor en los aparatos que tienes en casa.

Según la Comisión Europea, en los próximos 15 años la energía utilizada para refrigerar los edificios en toda Europa aumentará en un 72%, mientras que la utilizada para calefacción disminuirá un 30%.

Pero aquí es donde la física de los materiales puede ayudarnos a encontrar una alternativa a los sistemas de refrigeración. Los investigadores están trabajando con materiales “calóricos” que cambian de fase al aplicar un campo magnético, electricidad, presión, o incluso estiramiento mecánico.

El calor absorbido del cambio de fase se puede emplear para enfriar con un coste energético, y de emisiones, mucho menor.  

Sistemas magnetocalóricos e ionocalóricos

Algunos materiales se calientan cuando se les aplica un campo magnético, y reciben el nombre de magnetocalóricos. Cuando se retira el campo magnético, el material vuelve a su estado original, reabsorbe el calor y recupera su temperatura original. Es aquí cuando se produce la refrigeración.

Pero estos sistemas con caros y complejos de fabricar. Hasta 2013, esta tecnología solo había demostrado su viabilidad comercial para aplicaciones de temperatura ultrabaja, cercana al cero absoluto.

Aunque se han realizado importantes avances, la tecnología aún no está lista para llegar a tu hogar. Uno de los principales obstáculos es la histéresis, un fenómeno físico que hace que las transiciones no sean lineales, y la pérdida de sus propiedades magnetocalóricas con el uso. 

Los investigadores tienen otra solución en la recámara, que recientemente ha recibido un gran impulso: los sistemas ionocalóricos. En este caso se aprovecha el cambio de fase de sólido a líquido, en lugar de líquido a gas, como ocurre con los refrigerantes actuales.

El sólido es una sal de sodio y yodo. Cuando se aplica una corriente eléctrica, se produce un flujo de iones en la sal y se reduce su punto de fusión. La sal se derrite, sin necesidad de aplicar calor, y en el cambio de fase, absorbe el calor de su entorno, es decir, lo enfría.

Los investigadores del Departamento de Energía de Estados Unidos consiguieron una diferencia de temperatura de 25ºC aplicando solo 0,22 voltios de electricidad. Esto convertiría estos sistemas en mucho más eficientes que los actuales aparatos de aire acondicionado y frigoríficos, usando sustancias abundantes que no producen daños al ozono ni efecto invernadero. 

La tecnología no puede llegar en el mejor momento, ya que los sistemas de refrigeración actuales que empleamos para defendernos del cambio climático también contribuyen a él. 

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