La refrigeración y calefacción de espacios es una necesidad común en la mayoría de las áreas habitadas. En Europa, la energía consumida para el aire acondicionado está aumentando, y la situación podría empeorar en un futuro próximo debido al aumento de temperatura en diferentes regiones del mundo. La creciente necesidad de refrigeración en los edificios, especialmente durante la temporada de verano, está satisfecho con los acondicionadores de aire, que a menudo utilizan refrigerantes de alto impacto medioambiental y también dan lugar a un elevado consumo de electricidad. Entonces, ¿Cómo pueden los ingenieros reducir la demanda de energía para la refrigeración de edificios?

Un nuevo estudio publicado en Avances de la ciencia por un grupo de investigación con sede en el Politecnico di Torino (SMaLL) y el Instituto Nacional de Investigaciones Metrológicas (INRiM) propone un dispositivo capaz de generar una carga de refrigeración sin el uso de electricidad. Como los dispositivos de enfriamiento más tradicionales, esta nueva tecnología también aprovecha la evaporación de un líquido. Sin embargo, la idea clave propuesta por los investigadores de Turín es utilizar agua simple y sal común en lugar de productos químicos que son potencialmente dañinos para el medio ambiente. El impacto ambiental del nuevo dispositivo también se reduce porque se basa en fenómenos pasivos, es decir., procesos espontáneos de capilaridad y evaporación, en lugar de bombas y compresores que requieren energía y mantenimiento.

"El enfriamiento por evaporación de agua siempre se ha conocido. Como ejemplo, la naturaleza utiliza la evaporación del sudor de la piel para enfriar nuestro cuerpo. Sin embargo, esta estrategia es eficaz siempre que el aire no esté saturado de vapor de agua. Nuestra idea era desarrollar una tecnología de bajo costo capaz de maximizar el efecto de enfriamiento independientemente de las condiciones externas del vapor de agua. En lugar de estar expuesto al aire, el agua pura está en contacto con una membrana impermeable que la mantiene separada de una solución salada altamente concentrada. La membrana se puede imaginar como un tamiz poroso con un tamaño de poro del orden de una millonésima de metro. Debido a sus propiedades repelentes al agua, el agua líquida de nuestra membrana no pasa a través de la membrana, mientras que su vapor lo hace. De este modo, el agua dulce y salada no se mezclan, mientras que se produce un flujo constante de vapor de agua de un extremo a otro de la membrana. Como resultado, el agua pura se enfría, este efecto se amplifica aún más gracias a la presencia de diferentes etapas de evaporación. Claramente, la concentración de agua salada disminuirá constantemente y el efecto de enfriamiento disminuirá con el tiempo; sin embargo, la diferencia de salinidad entre las dos soluciones se puede restaurar de forma continua y sostenible utilizando energía solar, como también se demostró en otro estudio reciente de nuestro grupo, "explica Matteo Alberghini, Doctor. estudiante del Departamento de Energía del Politecnico di Torino y primer autor de la investigación.

La característica interesante del dispositivo propuesto es su diseño modular compuesto por unidades de refrigeración de unos centímetros de espesor cada una, que se puede apilar para aumentar el efecto de enfriamiento en serie, como ocurre con las baterías comunes. De este modo, es posible ajustar la potencia de refrigeración de acuerdo con las necesidades individuales, posiblemente alcanzando una capacidad de enfriamiento comparable a la típicamente necesaria para uso doméstico. Es más, el agua y la sal no necesitan bombas u otros auxiliares para ser transportados dentro del dispositivo. De lo contrario, se mueve espontáneamente gracias a los efectos capilares de algunos componentes que son capaces de absorber y transportar agua, incluso contra la gravedad.

"Otras tecnologías para el enfriamiento pasivo también se están probando en varios laboratorios y centros de investigación en todo el mundo, como los basados ​​en la disipación de calor infrarrojo en el espacio exterior, también conocido como enfriamiento pasivo radiativo. Esos enfoques aunque prometedor y adecuado para algunas aplicaciones, también presentan importantes limitaciones:El principio en el que se basan puede resultar ineficaz en climas tropicales y en general en días muy húmedos, cuando la necesidad de acondicionamiento sería alta; es más, hay un límite teórico para la potencia máxima de refrigeración. Nuestro prototipo pasivo, basado en cambio en el enfriamiento evaporativo entre dos soluciones acuosas con diferentes salinidades, podría superar este límite, creando un efecto útil independiente de la humedad externa. Es más, podríamos obtener una capacidad de enfriamiento aún mayor en el futuro aumentando la concentración de la solución salina o recurriendo a un diseño modular más sofisticado del dispositivo, "escribieron los investigadores.

También, la simplicidad del montaje del dispositivo y los materiales necesarios conlleva un bajo coste de producción, del orden de unos pocos euros por cada etapa de enfriamiento. Como tal, el dispositivo podría ser ideal para instalaciones en áreas rurales, donde la posible falta de técnicos bien capacitados puede dificultar la operación y el mantenimiento de los sistemas de enfriamiento tradicionales. También se pueden imaginar aplicaciones interesantes en regiones con alta disponibilidad de agua salada, como las regiones costeras en las proximidades de grandes plantas desalinizadoras o las marismas y minas de sal cercanas.

A partir de ahora, la tecnología aún no está lista para su explotación comercial inmediata, y son necesarios más desarrollos (también sujetos a financiación futura o asociaciones industriales). En perspectiva, esta tecnología podría usarse en combinación con sistemas de enfriamiento existentes y más tradicionales para implementar de manera efectiva estrategias de ahorro de energía.