Nuestro deseo de combatir el calor no es nada nuevo; los seres humanos han estado encontrando formas creativas de mantenerse frescos durante milenios. Uno de los métodos más simples para enfriar el aire caliente es ponerlo en contacto con agua, que absorbe el calor del aire a medida que se evapora, un proceso llamado enfriamiento evaporativo (EE). Pero debido a que EE agrega humedad al aire, funciona bien solo en climas secos y cálidos, como el Medio Oriente y el suroeste de los Estados Unidos. En áreas húmedas como los trópicos, donde vive casi la mitad de todos los seres humanos del planeta, no se disponía de sistemas de refrigeración eficaces hasta la invención de los primeros acondicionadores de aire eléctricos a principios del siglo XX. Estos modelos utilizan un proceso llamado compresión mecánica de vapor para convertir un refrigerante químico entre sus formas líquida y de vapor, lo que le permite absorber el calor del aire entrante y eliminar la humedad a través de la condensación, lo que brinda alivio del clima cálido y húmedo.
La gran mayoría de los acondicionadores de aire actuales todavía utilizan compresión mecánica de vapor, que no ha cambiado mucho desde la década de 1920, a pesar de las crecientes preocupaciones sobre sus efectos sobre el medio ambiente y la salud humana. Las grandes cantidades de energía necesarias para que el refrigerante pase de líquido a vapor y viceversa se crean principalmente mediante la quema de combustibles fósiles, que liberan gases de efecto invernadero y contaminación a la atmósfera. A medida que aumenta el uso de acondicionadores de aire, también aumenta la tensión en las redes eléctricas, que pueden causar cortes de energía críticos en los días más calurosos del año y exponer a las personas a temperaturas peligrosamente altas. Aún más preocupante, los refrigerantes en sí tienen un efecto invernadero casi 10,000 veces más potente que el dióxido de carbono, y su mayor uso probablemente exacerbará la tendencia actual de calentamiento, impulsando aún más la demanda de aire acondicionado y creando un círculo vicioso de retroalimentación de altas temperaturas que causan incluso temperaturas más altas. Una ráfaga fría del pasado A veces, para avanzar en un problema, es necesario mirar hacia atrás. Aproximadamente al mismo tiempo que se inventó la compresión mecánica de vapor a principios del siglo XX, también debutó en los Estados Unidos una variante de la EE llamada enfriamiento evaporativo indirecto (EEI). EEI también enfría los edificios mediante la evaporación del agua, pero los sistemas EEI contienen una unidad de intercambio de calor que aísla el agua que se evapora del aire que se dirige al interior del edificio, eliminando así el calor sin agregarle humedad. Los sistemas EEI requieren muy poca energía para funcionar, pero son difíciles de fabricar debido a la complejidad de la unidad de intercambio de calor, lo que los hace costosos y su rendimiento difícil de optimizar. Como resultado, se han mantenido en un distante segundo lugar de las unidades mecánicas de compresión de vapor, que dominan el mercado.
La tecnología, denominada cold-SNAP (abreviatura de Cold Superhydrophobic Nano-Architectured Process), utiliza hasta un 75% menos de energía que los acondicionadores de aire de compresión de vapor mecánico y se basa en el agua en lugar de refrigerantes dañinos para el medio ambiente.
“El impacto que cold-SNAP puede tener a nivel mundial es doble: primero, su bajo costo proyectado permitirá que las personas en áreas más pobres puedan pagar un enfriamiento efectivo; y segundo, su bajo requerimiento de energía ayudará a reducir el uso general de electricidad a medida que las personas cambien o mejoren sus sistemas de aire acondicionado envejecidos, que ayudarán a mitigar los aumentos de temperatura adicionales.
cold-SNAP logra su alto rendimiento gracias a la integración de lo antiguo y lo nuevo: cerámica, uno de los materiales de construcción más antiguos, más baratos y más disponibles; y un nuevo revestimiento de superficie desarrollado recientemente en el laboratorio de Joanna Aizenberg, Ph.D., miembro de la facultad de Wyss Core. La rugosidad a nanoescala del recubrimiento lo hace súper repelente al agua y, cuando se aplica a una losa de cerámica altamente absorbente de agua, el resultado es una unidad de intercambio de calor muy eficiente que puede aislar eficazmente el agua en evaporación del aire enfriado. Debido a que la cerámica es muy maleable, se puede producir una unidad de intercambio de calor completa mediante la extrusión o la impresión en 3-D de una sola pieza, y su forma se puede ajustar para maximizar el área de superficie disponible para la transferencia de calor y la evaporación. El recubrimiento hidrofóbico se aplica luego de forma selectiva a los componentes que gestionarán el flujo de aire seco, acoplado a una bomba de agua, ventilador y controles.
Con el apoyo adicional del Fondo para el Cambio Climático de la Universidad de Harvard, el Centro de Harvard para Edificios y Ciudades Verdes y socios industriales, Alvarenga y Grinham están avanzando en su búsqueda para llevar el enfriamiento verde al mundo. Estudios preliminares han indicado que el sistema cold-SNAP puede ser hasta cuatro veces más eficiente que los acondicionadores de aire convencionales, medido por el coeficiente de rendimiento (COR), que es la relación entre la cantidad de enfriamiento útil que proporciona un sistema sobre la cantidad de energía. requerido para producir ese enfriamiento. Cuanto mejor es el COR de un sistema, menos energía consume y menor es su costo operativo. Este aspecto es crucial, no solo para que cold-SNAP pueda competir con los aires acondicionados convencionales de hoy, sino también porque las personas más pobres del mundo viven a lo largo del ecuador, donde el aire acondicionado es más necesario pero la electricidad es prohibitivamente cara. “HVAC es un negocio realmente desactualizado que no ha cambiado mucho en los últimos 50 años, porque durante mucho tiempo nadie tuvo en cuenta los costos ocultos de su impacto ambiental. Ahora, estamos viendo un cambio y los consumidores informados están eligiendo productos más ecológicos alternativas en muchas áreas de sus vidas. Queremos poder ofrecer cold-SNAP como un enfoque radicalmente diferente al enfriamiento que no solo es más barato, también es mejor para el planeta “. dijo Alvarenga, quien es un científico investigador en el Instituto Wyss. Basado en su promesa en pruebas controladas, en 2019 cold-SNAP fue nombrado Proyecto de Validación del Instituto Wyss, un programa que tiene como objetivo eliminar el riesgo de las tecnologías y demostrar que se pueden escalar con éxito para su comercialización. Actualmente, el equipo está explorando diferentes técnicas de fabricación y se está preparando para un estudio piloto este verano para ver cómo funciona el sistema en condiciones reales de calor y humedad
