La refrigeración radiativa pasiva ya puede controlarse eléctricamente

Científicos en Suecia han demostrado que el ajuste eléctrico de la refrigeración radiativa pasiva puede utilizarse para controlar la temperatura de un material a temperatura y presión ambientales.

"Para refrigerar edificios, por ejemplo, hoy en día se utiliza sobre todo el aire acondicionado tradicional, que requiere grandes cantidades de energía y emplea refrigerantes peligrosos para el medio ambiente. Con la ayuda de la refrigeración radiativa pasiva, el frío del exterior podría utilizarse para complementar los aparatos de aire acondicionado normales y reducir el consumo de energía", afirma Magnus Jonsson, profesor y director del grupo de Fotónica Orgánica y Nanoóptica de la Universidad de Linköping. Dirigió la nueva investigación, que se publica en 'Cell Reports Physical Science'.

La refrigeración radiativa pasiva aprovecha que la energía térmica puede salir de un objeto en forma de radiación infrarroja. Todos los objetos emiten calor en forma de luz infrarroja: árboles, edificios, agua e incluso seres humanos.

Los distintos tipos de materiales emiten diferentes cantidades de calor infrarrojo. Esto depende de la capacidad del material para absorber la radiación infrarroja: cuanto mejor sea el material para absorber el calor infrarrojo, mejor será el material para emitirlo. Por ejemplo, el papel blanco normal para escribir absorbe bien el calor infrarrojo y, en consecuencia, lo emite mejor. En cambio, los metales son bastante malos, ya que la mayor parte del calor se refleja.

Debido a la capacidad de la atmósfera para transmitir la luz en la gama de longitudes de onda infrarrojas, el frío del espacio exterior, donde la temperatura es de unos -270 grados centígrados, puede utilizarse para eliminar el calor de los objetos en la Tierra. Como resultado de la diferencia de temperatura, puede haber un transporte neto hacia fuera. Por tanto, un objeto puede alcanzar una temperatura inferior a la temperatura ambiente con ayuda de la refrigeración radiativa pasiva.

Este efecto se ha utilizado desde hace mucho tiempo, por ejemplo para fabricar hielo en climas más cálidos. Sin embargo, en los últimos años, la investigación en ciencia de materiales se ha interesado cada vez más por este fenómeno y ha desarrollado nuevos materiales con gran capacidad para emitir calor infrarrojo sin calentarse con los rayos del sol.

Investigadores de la Universidad de Linköping han demostrado ahora que es posible regular la temperatura de un dispositivo ajustando eléctricamente el grado en que emite calor mediante refrigeración radiativa pasiva. El concepto utiliza un polímero conductor para ajustar electroquímicamente la emisividad del dispositivo.

"Se puede comparar con un termostato. Actualmente, podemos ajustar la temperatura en 0,25 grados centígrados. Puede que no parezca mucho, pero la cuestión es que hemos demostrado que es posible llevar a cabo este ajuste a temperatura ambiente y presión normal", apunta Debashree Banerjee, ingeniero principal de investigación de la Universidad de Linköping y autor principal del estudio.

Los investigadores creen que, ahora que han demostrado que es posible, hay potencial para seguir desarrollando tanto los materiales como los dispositivos. A largo plazo, es posible prever sistemas que puedan colocarse en un tejado, como una célula solar, controlando así la radiación térmica infrarroja de la casa y refrescando cuando sea necesario.

El método requiere muy poco consumo de energía y causa una contaminación mínima. Otros campos de aplicación también pueden ser la ropa y el papel pintado sintonizables con los flujos térmicos y mejorar el confort térmico en interiores con un menor consumo de energía.

En otro estudio publicado en 'Advanced Science', el mismo grupo de investigación ha desarrollado un dispositivo termoeléctrico que se alimenta del mismo principio de refrigeración radiativa, complementado además con calefacción solar.

Se basa en generar una diferencia de temperatura entre dos materiales de celulosa, uno de los cuales contiene negro de humo para absorber también el calor del sol. Los materiales se conectan a uno que convierte la diferencia de temperatura en un potencial eléctrico.

Exponer el dispositivo al cielo inducía una tensión eléctrica de 60 mV ya con radiación solar moderada, pero el concepto funciona incluso de noche, ya que los dos materiales de madera están diseñados para tener distintas capacidades de irradiar calor.

"No sólo utilizamos el sol, sino también el espacio exterior como fuente de energía", afirma Mingna Liao, doctoranda del grupo y autora principal del artículo.

Con el fin de realizar mediciones controladas para ambos estudios, los investigadores construyeron un simulador de cielo. De este modo, las mediciones no se veían afectadas por los cambios en el entorno del mismo modo que lo estarían en el exterior. El simulador de cielo consiste en un tubo con laterales recubiertos de aluminio que reflejan la radiación. Un recipiente colocado en la parte inferior contiene un material que absorbe la radiación térmica y se enfría con nitrógeno líquido para simular la frialdad del espacio exterior.

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