O arrefecimento ionocalórico está a emergir como uma nova forma de baixar temperaturas, com potencial para substituir as técnicas atuais de refrigeração por um processo mais seguro e com menor impacto no planeta.
Porque é necessário um novo refrigerante
Os sistemas de refrigeração mais comuns retiram calor de um espaço recorrendo a um fluido: este absorve energia térmica ao evaporar e transformar-se em gás; depois, circula por um circuito fechado e volta a condensar, regressando ao estado líquido.
Apesar de ser um mecanismo eficaz, alguns dos materiais escolhidos como refrigerantes são particularmente prejudiciais para o ambiente.
Ainda assim, não existe apenas uma maneira de obrigar uma substância a captar e a libertar energia sob a forma de calor.
Como funciona o ciclo ionocalórico
Um método apresentado em 2023, desenvolvido por investigadores do Lawrence Berkeley National Laboratory e da University of California, Berkeley, explora a forma como a energia é armazenada ou libertada quando um material muda de fase - como acontece, por exemplo, quando o gelo sólido passa a água líquida.
Se aumentarmos a temperatura de um bloco de gelo, ele derrete. O que é menos óbvio é que a fusão absorve calor do meio envolvente, arrefecendo-o na prática.
Uma forma de induzir a fusão sem “aquecer” diretamente é introduzir algumas partículas carregadas, ou iões. Um exemplo quotidiano é o sal espalhado nas estradas para evitar a formação de gelo. O ciclo ionocalórico também recorre a sais para alterar a fase de um fluido e arrefecer o que o rodeia.
“ A realidade dos refrigerantes é um problema ainda por resolver ”, afirmou o engenheiro mecânico Drew Lilley, do Lawrence Berkeley National Laboratory, na Califórnia.
“ Ninguém conseguiu desenvolver com sucesso uma solução alternativa que arrefeça, funcione de forma eficiente, seja segura e não prejudique o ambiente. Achamos que o ciclo ionocalórico tem potencial para cumprir todos esses objetivos, se for concretizado de forma adequada .”
Para avaliar essa possibilidade, os investigadores modelaram a teoria do ciclo ionocalórico e mostraram como poderia competir com - ou até superar - a eficiência dos refrigerantes usados atualmente. No conceito, uma corrente elétrica a circular no sistema deslocaria os iões presentes, alterando o ponto de fusão do material e, assim, provocando uma variação de temperatura.
Resultados iniciais e metas ambientais (GWP)
A equipa também realizou experiências com um sal composto por iodo e sódio para fundir carbonato de etileno. Este solvente orgânico, bastante comum, também é utilizado em baterias de iões de lítio e é produzido recorrendo a dióxido de carbono como insumo. Isso poderia tornar o sistema não só com potencial de aquecimento global (GWP) zero, mas até com GWP negativo.
No ensaio, registou-se uma variação de 25 graus Celsius (45 graus Fahrenheit) com a aplicação de menos de um único volt de carga - um resultado que ultrapassa o que outras tecnologias calóricas conseguiram alcançar até agora.
“ Há três coisas que estamos a tentar equilibrar: o GWP do refrigerante, a eficiência energética e o custo do próprio equipamento ”, explicou o engenheiro mecânico Ravi Prasher, do Lawrence Berkeley National Laboratory.
“ À primeira tentativa, os nossos dados parecem muito promissores nos três aspetos .”
Atualmente, muitos processos de refrigeração baseados em compressão de vapor dependem de gases com GWP elevado, como vários hidrofluorocarbonetos (HFCs).
Os países que aderiram à Emenda de Kigali comprometeram-se a reduzir a produção e o consumo de HFCs em pelo menos 80 por cento ao longo dos próximos 25 anos - e o arrefecimento ionocalórico poderá ter um papel importante nessa transição.
Agora, o desafio passa por tirar esta tecnologia do laboratório e levá-la para sistemas práticos, capazes de uso comercial e de escalar sem problemas. Com o tempo, estes sistemas poderão vir a ser utilizados tanto para aquecer como para arrefecer.
Em paralelo, investigações em curso estão a testar diferentes sais, procurando perceber que combinações serão mais eficazes a extrair calor de um espaço. Em 2025, uma equipa internacional publicou os resultados de um estudo sobre uma versão altamente eficiente que utiliza sais à base de nitratos, reciclados com campos elétricos e membranas.
Foi precisamente o tipo de desenvolvimento que Prasher e a sua equipa esperavam que a sua investigação viesse a impulsionar.
“ Temos este ciclo termodinâmico e este enquadramento completamente novos, que juntam elementos de diferentes áreas, e mostramos que pode funcionar ”, disse Prasher.
“ Agora, é tempo de experimentar para testar diferentes combinações de materiais e técnicas, de modo a responder aos desafios de engenharia .”
A investigação foi publicada na Science.
Uma versão anterior deste artigo foi publicada em janeiro 2023.
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