As the planet warms, researchers and startups are developing innovative technologies for a cooler and more energy-efficient future
à medida que o nosso planeta aquece, a procura de tecnologia de arrefecimento também aumenta. De acordo com um relatório de 2018 da Agência Internacional da energia, o uso de energia para refrigeração espacial será mais do triplo até 2050. Mas as unidades de ar condicionado são motores de potência-representando cerca de 10% do consumo mundial de eletricidade — e contêm um refrigerante de hidrofluorocarbonetos que é um gás de efeito estufa mais potente do que o dióxido de carbono.
“é um ciclo vicioso”, diz a Engenheira Ambiental Shelie Miller, diretora do programa da Universidade de Michigan no meio ambiente. “Torna-se mais quente, por isso aumentamos os nossos aparelhos de ar condicionado, que consomem mais energia. Quando usamos mais energia, mais gases de efeito estufa são liberados, fazendo com que eles fiquem ainda mais quentes.”
como lidamos com este conflito? É um problema que cientistas e engenheiros estão trabalhando para resolver desenvolvendo tecnologias de refrigeração mais sofisticadas e energeticamente eficientes.
o conceito de ar condicionado data de séculos atrás.
“melhorias na tecnologia HVAC (aquecimento, ventilação e ar condicionado) estão continuamente melhorando a eficiência dos serviços de refrigeração, e a mudança para Fontes de energia renováveis que reduzem as emissões de gases de efeito estufa pode reduzir o impacto global”, diz Miller. “Ao longo da história, as pessoas têm vindo a encontrar formas inovadoras de arrefecer edifícios sem o uso de ar condicionado com utilização intensiva de energia.”
o conceito de ar condicionado data de séculos atrás. Os antigos engenheiros persas construíram “badgirs”, que são catadores de vento que canalizam brisas Frias para casas, e” yakhchāls”, estruturas cónicas usadas para fazer gelo que foi um dos primeiros frigoríficos no deserto.
em 1820, o inventor Michael Faraday descobriu que comprimir e liquefazer amônia e, em seguida, permitir que ela evaporasse poderia arrefecer o ar. Em 1902, o engenheiro Willis Carrier projetou um aparelho para a Sackett & Wilhelms Lithographing and Printing Company em Nova York que circulou ar sobre Bobinas refrigeradas por amônia comprimido para controlar a umidade quando a impressão em cor. Carrier eventualmente transformou seu projeto no primeiro Ar condicionado elétrico do mundo, que estreou em 1925 no Teatro Rivoli da Times Square, anunciando os dias de assistir filmes de blockbuster de verão em teatros com ar condicionado.
os aparelhos de ar condicionado foram considerados um luxo quando introduzidos pela primeira vez para os consumidores, mas a sua capacidade de remover a umidade do ar e reduzir a temperatura do ar durante as condições quentes rapidamente fez deles uma necessidade em climas quentes. A vasta migração pós-guerra para os estados do cinturão solar da América teria sido impossível sem a propagação do ar condicionado, assim como o crescimento de cidades tropicais como Hong Kong e Singapura. (Lee Kuan Yew, pai fundador de Singapura, apelidado de ar condicionado a invenção mais importante do século XX.)
ar mais frio é vital para manter a produção fresca, preservando medicamentos e vacinas, e resfriando os centros de dados que alimentam a internet. Manter o frio tem se mostrado importante para a saúde, bem-estar e aumento da produtividade. Hoje, pesquisadores e startups estão aproveitando fontes mais eficientes em termos energéticos para gerar a frieza que almejamos-desde ligas de metal metamorfoseando até energia renovável e o frio do céu.
uma equipa de investigação da Universidade do Sarre, na Alemanha, está a eliminar a necessidade de refrigerantes através do desenvolvimento de ligas de memória-forma. Deformar ou puxar um fio ou folha de níquel-titânio cria stress para a liga e aumenta a sua temperatura. Quando o material é trazido de volta à sua forma original, arrefece até cerca de 20 graus abaixo da temperatura ambiente.
“A idéia básica era a de remover o calor de um espaço — como o interior de um refrigerador, permitindo uma pré-esforçado, super-elástico com memória de forma, material para relaxar e, assim, legal significativamente”, explicou Stefan Seelecke, o professor de materiais inteligentes sistemas na Universidade Saarland, quando o projeto foi anunciado.
the team has created a prototype, a patent-pending cam drive that is a rotating bundle of shape-memory wires used to amplify cooling power. O dispositivo poderia funcionar como uma bomba de calor, um ar condicionado, ou mesmo um refrigerador, tudo sem quaisquer refrigerantes ambientalmente prejudiciais. A fundação de pesquisa alemã vem financiando o projeto desde 2016, com a Comissão Europeia e o Departamento de Energia DOS EUA considerando-o uma tecnologia alternativa promissora para os sistemas de refrigeração vapor-compressão existentes.
para o arranque da tecnologia limpa Blue Frontier, a energia renovável é a chave para um sistema de refrigeração mais eficiente. A empresa começou na Flórida em 2013 como Be Power Tech, que desenvolveu um ar condicionado que produziu sua própria eletricidade usando uma célula de combustível de gás natural. Mas o CEO Daniel Betts descobriu que o mercado para a tecnologia estava limitado a edifícios movidos por gás natural, e as células de combustível eram muito caras para a adoção precoce do mercado.Betts então fez parceria com engenheiros do Laboratório Nacional de energia renovável para redesenhar o sistema. O resultado foi um ar condicionado com armazenamento de energia de cloreto de lítio termoquímico, que armazena uma solução salina de alta concentração e converte-a em energia química para uso posterior. “A geração de energia Solar cresce ao longo da manhã e diminui a partir do início da tarde”, diz Betts. “A carga elétrica em edifícios tende a atingir o pico no início e no final da tarde, levando a um desfasamento entre geração e consumo.”O ar condicionado da Blue Frontier está equipado com a capacidade de armazenar energia de resfriamento, por isso só usa eletricidade durante a produção máxima de energia solar. “Com a nossa tecnologia”, diz Betts, ” nós só podemos consumir eletricidade quando não há congestionamento da rede e quando a energia renovável é uma parte maior do mix de eletricidade.”
Entretanto, os sistemas de SkyCool baseados na Califórnia viraram-se para o céu noturno por sua tecnologia de refrigeração. Fundada em 2016, A startup se originou na Universidade de Stanford e desde então arrecadou US $990.000 em financiamento a partir de doações fornecidas pelo Fundo StartX da universidade e pela Agência de projetos de Pesquisa Avançada do Departamento de energia dos Estados Unidos.
para compreender como funciona a tecnologia de arrefecimento da SkyCool Systems, considere qualquer material virado para o céu à noite. “Se ele está olhando para o céu, ele naturalmente enviaria seu calor como algo chamado radiação térmica”, diz O cientista e co-fundador Aaswath Raman. “Quando esta radiação térmica é enviada para o céu, parte dela escapa para o espaço. Por causa disso, qualquer superfície virada para o céu à noite irá naturalmente arrefecer abaixo da temperatura do ar.”
imitar este fenômeno natural durante o dia é mais difícil. “O sol naturalmente aquecerá qualquer material — o suficiente para neutralizar este efeito de resfriamento”, diz Raman. “Precisamos de um material que reflita muito bem a luz do sol, mas que continue a enviar calor. Quando você tem essas duas coisas juntos, você poderia ativar este efeito durante o dia também. Isso torna-se convincente porque então você tem acesso a refrigeração passiva livre no meio do dia, que é quando precisamos de mais refrigeração.”
“o objectivo de poupança de energia e de redução da procura poderá situar-se entre 10% e 30%.”
SkyCool Systems desenvolveu painéis de prata que se parecem com painéis solares, mas em vez disso são cobertos por um filme óptico que converte o calor em uma faixa de comprimento de onda infravermelho médio para escorregar através da atmosfera e ser lançado no espaço, enquanto também reflete a luz solar longe. Os painéis da empresa estão atualmente implantados em cinco locais, incluindo um edifício de escritório e uma loja de conveniência, e são integrados com sistemas de refrigeração existentes, tais como refrigeradores, congeladores, máquinas de gelo e sistemas de ar condicionado.O engenheiro e co-fundador Eli Goldstein diz que os benefícios dos painéis de refrigeração da SkyCool Systems são três vezes maiores. “Uma é a poupança de energia, outra é a redução da demanda, e a terceira é aumentar a capacidade de resfriamento de um sistema”, diz ele. “O objectivo de poupança de energia e de redução da procura poderá situar-se entre 10% e 30%.”
além disso, o mecanismo de arrefecimento não requer energia nem água. “É efetivamente passivo em sua forma de resfriamento, por isso não usa energia e água”, diz Goldstein. “Não há perda de água evaporativa para gerar esse resfriamento, então é uma abordagem muito mais sustentável.”
estas tecnologias de arrefecimento não são desprovidas dos seus desafios. Os sistemas SkyCool estão tentando aumentar o mais rápido possível para acompanhar a demanda do mercado, e embora a tecnologia da Blue Frontier tenha sido comprovada através de vários protótipos, a empresa ainda precisa estabelecer a produção em massa e ensaios de campo.
podem ainda não ter alcançado uma adopção em larga escala, mas estas inovações estão a preparar o caminho para um futuro mais frio e mais eficiente em termos energéticos. A Blue Frontier planeja avançar para um modelo de” ar condicionado como um serviço”, enquanto os sistemas SkyCool prevêem substituir os sistemas de ar condicionado por seus painéis.
“resfriamento é importante para a nossa vida cotidiana”, diz Goldstein. “Precisamos trabalhar juntos para obter sistemas mais eficientes e executá-los de forma sustentável.”
