Gases de refrigeração poderão ser substituídos por cerâmicas porosas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/05/2022

O material absorve calor ao liberar dióxido de carbono armazenado, o que pode ser usado para resfriar uma geladeira ou acionar um aparelho de ar condicionado.
[Imagem: Javier García-Ben et al. - 10.1021/acs.chemmater.2c00137]

Refrigeração com MOFs

O Protocolo de Montreal ajudou a banir a maioria dos gases clorofluorocarbonos (CFCs), que destroem a camada de ozônio, mas os substitutos dos CFCs também estão sob suspeita.

Que tal então substituir esses gases por cerâmicas que respiram?

Esta é a inovação criada por Javier García-Ben e seus colegas da Universidade de Coruña, na Espanha, que trabalham com uma categoria de cerâmica high-tech conhecida por MOF, sigla em inglês de estruturas metal-orgânicas, materiais extremamente porosos.

O que a equipe descobriu é que algumas dessas estruturas metal-orgânicas (MOFs) podem "respirar" dióxido de carbono (CO₂), com o detalhe de que, ao exalar o gás de volta para o ambiente elas resfriam, criando uma alternativa mais ecológica para a refrigeração, das geladeiras domésticas aos sistemas industriais de ar-condicionado.

E as mudanças térmicas são grandes o suficiente para atender aos requisitos de refrigeração industrial mais críticos.

Transição respiratória

Ao adsorver diferentes gases, algumas MOFs sofrem alterações estruturais que expandem seus poros. Como essas transformações se assemelham à respiração, elas são conhecidas como "transições respiratórias".

Agora, pela primeira vez, os pesquisadores observaram que essas transições são acompanhadas por mudanças de energia térmica: Quando as MOFs de tereftalato de alumínio adsorvem CO₂ pressurizado, o material aquece à medida que seus poros se expandem. Em contrapartida, à medida que o gás é liberado novamente, a cerâmica encolhe de volta à sua forma original, liberando calor e criando um ciclo que pode ser usado para refrigerar o ambiente ou um recipiente.

Esse fenômeno, que a equipe chama de efeito calórico-respiratório, soma-se a uma família de efeitos onde estímulos externos - como forças mecânicas e campos eletromagnéticos - induzem o resfriamento.

Os pesquisadores afirmam que as MOFs respiratórias podem substituir os atuais hidrofluorcarbonos (HCFs) para refrigeração - estes são os atuais substitutos dos banidos clorofluorocarbonos.

O sistema funcionou entre -20 e 60°C, o que não é possível se apenas dióxido de carbono for usado como refrigerante. E, ao contrário de outras alternativas, as MOFs requerem apenas baixas pressões de CO₂, ao mesmo tempo em que apresentam mudanças térmicas semelhantes aos HCFs e outros refrigerantes.

Embora isso possa estimular a implementação industrial, algumas propriedades precisas desses materiais ainda precisarão ser estudadas em detalhes - incluindo as transições exatas de temperatura de resfriamento desencadeadas durante a operação.

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