Cientistas inventaram um novo método de refrigeração.

Arrefecimento ionocalórico: uma nova rota para fazer frio de forma mais segura e sustentável

O arrefecimento ionocalórico é uma abordagem emergente para baixar temperaturas que pode vir a substituir métodos tradicionais de refrigeração, oferecendo uma alternativa potencialmente mais segura e com menor impacto ambiental.

Antes de perceber o que muda com esta proposta, vale a pena rever como funciona a maioria dos sistemas actuais - e porque é que, apesar de eficientes, colocam um problema difícil de resolver.

Como funciona a refrigeração convencional (e onde está o problema)

Na refrigeração mais comum, o calor é retirado de um espaço através de um fluido: o refrigerante. Esse fluido absorve energia térmica ao evaporar (passando a gás), circula num circuito fechado e volta a condensar (regressando a líquido), repetindo o ciclo.

O método é eficaz, mas existe um custo ambiental significativo associado a alguns dos refrigerantes escolhidos. Em particular, muitos sistemas de compressão de vapor dependem de gases com elevado PAG (potencial de aquecimento global) - o equivalente ao GWP -, como diversos hidrofluorocarbonetos (HFC).

Outras formas de “transportar” calor: a ideia por trás do ciclo ionocalórico

A transferência de calor não tem de depender exclusivamente de evaporação e condensação. Uma substância também pode absorver ou libertar energia quando muda de fase - por exemplo, quando o gelo sólido se transforma em água líquida.

Ao aumentar a temperatura de um bloco de gelo, ele derrete. O que nem sempre é evidente é que a fusão consome calor do meio envolvente, arrefecendo-o de forma efectiva.

Há ainda outra forma de forçar o gelo a derreter sem “subir o termóstato”: introduzir partículas carregadas, ou iões. O exemplo do quotidiano é o sal espalhado nas estradas para dificultar a formação de gelo. O ciclo ionocalórico explora precisamente esta lógica: usar sais para deslocar o ponto de fusão de um fluido, induzir mudanças de fase e, com isso, arrefecer o que está à volta.

O que os investigadores apresentaram em 2023 sobre o ciclo ionocalórico

Em 2023, investigadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley e da Universidade da Califórnia, Berkeley apresentaram um método que tira partido da energia envolvida nas mudanças de fase, controlando-as com iões.

Segundo o engenheiro mecânico Drew Lilley, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, o desafio dos refrigerantes continua por resolver:

“O panorama dos refrigerantes é um problema sem solução. Ninguém conseguiu desenvolver uma alternativa que arrefeça de forma eficiente, seja segura e não prejudique o ambiente. Achamos que o ciclo ionocalórico tem potencial para cumprir estes objectivos, se for concretizado de forma adequada.”

Para sustentar essa ambição, a equipa modelou teoricamente o ciclo ionocalórico, mostrando como poderia competir com - e possivelmente superar - a eficiência dos refrigerantes em uso. A base do controlo é eléctrica: uma corrente aplicada ao sistema desloca os iões, altera o ponto de fusão do material e, assim, provoca a variação de temperatura.

Experiência: sal com iodo e sódio a fundir carbonato de etileno

Para além da modelação, os investigadores testaram um sal formado por iodo e sódio para derreter carbonato de etileno. Este solvente orgânico é comum e também é utilizado em baterias de iões de lítio. Um pormenor relevante é que a sua produção pode usar dióxido de carbono como matéria-prima, o que abre a porta a um sistema com PAG zero - ou até PAG negativo, dependendo do balanço global do processo.

No ensaio, foi registada uma variação de 25 °C (equivalente a 45 graus Fahrenheit) ao aplicar menos de um volt de carga, um resultado que ultrapassa o que outras tecnologias caloríficas tinham alcançado até então.

O engenheiro mecânico Ravi Prasher, também do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, resumiu a optimização necessária em três eixos:

“Há três coisas que estamos a tentar equilibrar: o PAG do refrigerante, a eficiência energética e o custo do próprio equipamento.”

E acrescentou:

“Logo na primeira tentativa, os nossos dados parecem muito promissores nos três aspectos.”

Porque é que isto pode ser importante: HFC, PAG e o Acordo de Kigali

A urgência em encontrar alternativas liga-se directamente ao impacto climático de muitos HFC. Países que aderiram ao Acordo de Kigali comprometeram-se a reduzir a produção e o consumo de hidrofluorocarbonetos (HFC) em pelo menos 80% nos próximos 25 anos. Se o arrefecimento ionocalórico conseguir escalar com segurança e desempenho, poderá contribuir de forma decisiva para cumprir essa trajectória.

Do laboratório para o mercado: desafios e oportunidades

O passo seguinte é transformar uma demonstração experimental em sistemas comerciais robustos - com estabilidade, repetibilidade e capacidade de escala. A ambição não se limita ao frio: com a engenharia certa, estes sistemas poderão também ser usados para aquecimento, explorando o mesmo enquadramento termodinâmico em sentido complementar.

Um ponto crítico para a adopção real é a integração com equipamentos existentes (por exemplo, unidades de climatização e cadeias de frio). Para além do desempenho térmico, será determinante avaliar durabilidade dos materiais, compatibilidade com componentes, segurança operacional e manutenção - factores que, no mercado, pesam tanto quanto a eficiência em laboratório.

Também será essencial olhar para o ciclo de vida completo: a origem e recuperação dos sais, o consumo eléctrico associado ao movimento dos iões e a forma como a electricidade é produzida. Em contextos onde a rede eléctrica tenha maior incorporação de renováveis, a vantagem climática do ciclo ionocalórico tende a ser ainda mais relevante.

Sais alternativos e o avanço de 2025

As investigações em curso estão a testar diferentes sais para perceber que combinações são mais eficazes a “puxar” calor de um espaço. Em 2025, uma equipa internacional publicou resultados de uma versão altamente eficiente baseada em sais de nitrato, que foram reciclados com recurso a campos eléctricos e membranas.

Foi exactamente este tipo de evolução que Prasher e a sua equipa esperavam desencadear com o seu trabalho:

“Temos este ciclo termodinâmico e estrutura completamente novos, que juntam elementos de diferentes áreas, e mostramos que pode funcionar.”

E concluiu:

“Agora é tempo de experimentar, para testar diferentes combinações de materiais e técnicas e enfrentar os desafios de engenharia.”

A investigação foi publicada na revista científica Science.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em Janeiro de 2023.