O resfriamento radiativo passivo agora pode ser controlado eletricamente

“Para resfriar edifícios, por exemplo, o ar condicionado tradicional é usado principalmente hoje, o que requer grandes quantidades de energia e usa refrigerantes perigosos para o meio ambiente. Com a ajuda do resfriamento radiativo passivo, o frio do espaço externo pode ser usado para complementar os ACs normais e reduzir consumo de energia”, diz Magnus Jonsson, professor e líder do grupo de Fotônica Orgânica e Nano-Óptica da Universidade de Linköping.

O resfriamento radiativo passivo utiliza a energia térmica que pode deixar um objeto na forma de radiação infravermelha. Todos os objetos emitem calor como luz infravermelha – árvores, prédios, água e até humanos.

Diferentes tipos de materiais emitem diferentes quantidades de calor infravermelho. Isso depende da capacidade do material de absorver a radiação infravermelha – quanto melhor absorver o calor infravermelho, melhor o material emitirá o calor. Por exemplo, o papel de carta branco comum é bom para absorver o calor infravermelho e, consequentemente, para emiti-lo. Por outro lado, os metais são bastante ruins nisso, pois a maior parte do calor é refletida.

Devido à capacidade da atmosfera de transmitir luz na faixa de comprimento de onda infravermelho, o frio no espaço sideral, onde a temperatura é de cerca de -270 graus Celsius, pode ser usado para remover o calor de objetos na Terra. Como resultado da diferença de temperatura, pode haver um transporte líquido para fora. Um objeto pode, portanto, obter uma temperatura mais baixa do que a temperatura ambiente com a ajuda do resfriamento radiativo passivo.

Esse efeito tem sido usado há muito tempo na história, como para fazer gelo em climas mais quentes. No entanto, nos últimos anos, a pesquisa em ciência de materiais tem se interessado cada vez mais pelo fenômeno e desenvolvido novos materiais com alta capacidade de emitir calor infravermelho sem serem aquecidos pelos raios solares.

Pesquisadores da Universidade de Linköping mostraram agora que a temperatura de um dispositivo pode ser regulada ajustando eletricamente a extensão em que ele emite calor por meio de resfriamento radiativo passivo. O conceito usa um polímero condutor para ajustar eletroquimicamente a emissividade do dispositivo.

Os resultados foram publicados na revista Cell Reports Ciência Física.

“Você pode compará-lo a um termostato. Atualmente, podemos ajustar a temperatura em 0,25 graus Celsius. Pode não parecer muito, mas o ponto é que mostramos que é possível realizar esse ajuste em temperatura ambiente e normal pressão”, diz Debashree Banerjee, principal engenheiro de pesquisa da Universidade de Linköping e principal autor do estudo.

Os pesquisadores acreditam que, agora que mostraram que é possível, há potencial para desenvolver ainda mais materiais e dispositivos. A longo prazo, é possível pensar em sistemas que podem ser colocados em um telhado, como uma célula solar, controlando assim a radiação térmica infravermelha da casa e refrigerando quando necessário. O método requer um consumo de energia extremamente baixo e causa poluição mínima. Outras áreas de aplicação também podem incluir roupas ajustáveis ​​e papel de parede para fluxos térmicos e melhorar o conforto térmico em ambientes fechados com menor consumo de energia.

Em outro estudo publicado na Advanced Science, o mesmo grupo de pesquisa desenvolveu um dispositivo termoelétrico que é alimentado pelo mesmo princípio de resfriamento radiativo, também complementado pelo aquecimento solar. Baseia-se na geração de uma diferença de temperatura entre dois materiais de celulose, um dos quais contém negro de fumo para também absorver o calor do sol. Os materiais são conectados a um material que converte a diferença de temperatura em um potencial elétrico. Expor o dispositivo ao céu induziu uma tensão elétrica de 60 mV já com radiação solar moderada, mas o conceito funciona até à noite, já que os dois materiais à base de madeira foram projetados para ter habilidades diferentes de irradiar calor.

“Usamos não apenas o sol, mas também o espaço sideral como fonte de energia”, diz Mingna Liao, doutoranda do grupo e principal autora do artigo na Ciência Avançada.

Para realizar medições controladas para ambos os estudos, os pesquisadores construíram um simulador de céu. Desta forma, as medições não foram afetadas por mudanças no ambiente da mesma forma que seriam ao ar livre. O simulador de céu consiste em um tubo com laterais revestidas de alumínio que refletem a radiação. Um receptáculo colocado no fundo contém um material que absorve a radiação de calor e é resfriado com nitrogênio líquido para simular o frio do espaço sideral.

A pesquisa foi financiada pela Fundação Knut e Alice Wallenberg, pelo Wallenberg Wood Science Center, pela Agência de Pesquisa de Defesa Sueca (FOI), pelo Conselho de Pesquisa Sueco e pela área de pesquisa estratégica para Materiais Funcionais Avançados (AFM) da Universidade de Linköping.