Dentro de prácticamente cualquier nevera o aire acondicionado hay un fluido recorriendo un circuito cerrado. Se comprime, libera calor, se expande y vuelve a absorberlo. Es una tecnología extraordinariamente madura, pero también depende de refrigerantes que pueden provocar un elevado impacto climático cuando se producen fugas.
En la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) llevan años intentando eliminar esa parte de la ecuación. Su alternativa es bastante más extraña: utilizar un pedazo de metal como refrigerante.
El último prototipo desarrollado por el equipo de Qingping Sun utiliza una aleación de titanio, níquel, cobre y cobalto (TiNiCuCo) que cambia de temperatura cuando se comprime y se libera. La idea, conocida como refrigeración elastocalórica, ya existía. El problema era conseguir que siguiera funcionando después de repetir ese movimiento cientos de miles de veces.
Ahora aseguran haber superado precisamente esa barrera. El dispositivo proporcionó 400 W de refrigeración durante un millón de ciclos sin una pérdida de rendimiento detectable, según el estudio revisado por pares publicado en Joule.
El metal se calienta cuando lo aprietan y se enfría cuando lo liberan
El sistema aprovecha las llamadas aleaciones con memoria de forma. Al aplicar una fuerza mecánica, su estructura cristalina cambia y el material libera calor. Cuando desaparece la presión, la transformación se revierte y el metal absorbe calor de su entorno. Repitiendo ese ciclo y transportando el calor de un lado al otro es posible construir un sistema de refrigeración sin utilizar el ciclo convencional de compresión de un refrigerante gaseoso.
La dificultad estaba en la fatiga. Los dispositivos elastocalóricos anteriores empleaban habitualmente aleaciones comerciales de níquel y titanio (NiTi) cuyo rendimiento podía degradarse con el uso. El nuevo estudio sitúa esas pérdidas entre aproximadamente el 17% y el 48% en tecnologías anteriores.
El equipo modificó entonces la composición añadiendo cobre y cobalto. La nueva aleación TiNiCuCo mantuvo un cambio elastocalórico estable de 14,8 K incluso después de 100 millones de ciclos en pruebas aceleradas de fatiga.
Un millón de ciclos después seguía entregando 400 W
El material, por sí solo, no solucionaba todo. Los investigadores diseñaron también una estructura con aletas de doble capa para mejorar el intercambio de calor y evitar que el refrigerante metálico terminara deformándose con las compresiones repetidas. Esa estructura sobrevivió a más de 10 millones de ciclos, mientras el número total de componentes del dispositivo se redujo aproximadamente a la mitad.
El resultado integrado mantuvo 400 W de potencia frigorífica y una diferencia entre el lado caliente y frío de 41 °C durante un millón de ciclos, sin la degradación funcional observada en diseños anteriores. Eso todavía no significa que podamos sustituir mañana el aire acondicionado de casa.
HKUST reconoce que quedan tres problemas especialmente importantes: mejorar la eficiencia energética, aumentar la densidad de potencia y conseguir que el sistema sea competitivo en costes. Los investigadores están desarrollando ahora un aire acondicionado basado en esta arquitectura.
También conviene tomar con cautela otra cifra llamativa: el equipo calcula que el material podría funcionar durante más de diez años en condiciones reales, pero se trata de una extrapolación basada en las pruebas de fatiga, no de un aparato que haya permanecido una década encendido.
Aun así, el avance cambia cuál es el principal problema que debe resolver esta tecnología. Durante años había que demostrar que podía producir frío una y otra vez sin destruir su propio refrigerante. Después de 100 millones de compresiones del material y un millón de ciclos del prototipo, esa pregunta empieza a tener una respuesta bastante más interesante.
