Los aires acondicionados de estado sólido prometen un futuro más fresco, pero los científicos sudan la gota

Tras tres años de calor récord, este se perfila como otro sofocante. ¿Aire acondicionado? No va a ninguna parte. La Agencia Internacional de la Energía proyecta que el número de unidades de aire acondicionado se triplicará para 2050. Eso es bueno para la salud: un estudio de Lancet estimó que el aire acondicionado evitó casi 200,000 muertes prematuras solo en 2019, pero malo para el planeta. El frío artificial ya representa el 7% del consumo eléctrico mundial y el 3% de las emisiones de gases de efecto invernadero, y si se eliminan de manera inadecuada, las unidades pueden filtrar refrigerantes con un potencial de calentamiento global mayor que el dióxido de carbono.

Sintiendo el calor, varios científicos y startups esperan amplificar la refrigeración de estado sólido, que actualmente se usa a pequeña escala para cosas como mini neveras, baterías de vehículos eléctricos y algunas computadoras para juegos de gama alta. Los aires acondicionados tradicionales transfieren calor usando un compresor y un ventilador para hacer circular un refrigerante y convertirlo de líquido a gas. Los sistemas de estado sólido, por otro lado, mueven el calor a través de materiales conductores como el gadolinio y el telururo de bismuto, que teóricamente podrían enfriar espacios y superficies con menos efectos secundarios desordenados.

El problema es si pueden igualar la eficiencia del aire acondicionado convencional. "Una de las preguntas clave que queda es por qué los enfriadores de estado sólido no son tan eficientes como los ciclos termodinámicos típicos", dice Pramod Reddy, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Michigan que estudia la transferencia de calor.

Se están llevando a cabo investigaciones y programas piloto para probar una variedad de enfoques. Mimic Systems, con sede en Brooklyn, utiliza refrigeración termoeléctrica, que pasa una corriente a través de materiales semiconductores para desplazar el calor de un lado a otro. Su sistema de control climático a escala de habitación se está probando en un apartamento en Vancouver. La empresa alemana Magnotherm está lista para probar su sistema, que se basa en una configuración magnetocalórica que transfiere calor magnetizando y desmagnetizando materiales, en una cadena de supermercados. Un equipo en Hong Kong ha anunciado que su dispositivo elastocalórico, cuyo material se calienta y enfría al expandirse y contraerse, puede bajar de 0 °C. Y la británica Barocal apuesta por sistemas barocalóricos, que cambian de temperatura en respuesta a cambios de presión.

Pero los expertos, especialmente en termoeléctricos, dudan de que cualquier esquema de estado sólido pueda competir. Para la mayoría de los sistemas HVAC modernos, el coeficiente de rendimiento (COP) es 3, explica Jeff Snyder, profesor de la Universidad Northwestern que estudia conductividad eléctrica y térmica. Eso esencialmente significa que el sistema mueve tres unidades de calor por cada unidad de energía que se le introduce. Los termoeléctricos en particular tienden a tener un rendimiento mucho menor en altos niveles de cambio de temperatura, dice Snyder, lo que significa que son más adecuados para usos de nicho, como enfriar el respaldo de un asiento de automóvil.

Sin embargo, la eficiencia no lo es todo, argumenta Lindsay Rasmussen, gerente del acelerador de tecnología climática Third Derivative del Rocky Mountain Institute, que apoya tanto a Magnotherm como a Mimic. En los EE. UU., la mayoría de los aires acondicionados en uso emplean un refrigerante llamado R410A, que tiene un potencial de calentamiento global más de 2,000 veces mayor que el dióxido de carbono. Además, sus piezas móviles pueden hacerlos menos duraderos, especialmente en comparación con un modelo de estado sólido que es menos complejo mecánicamente.

Aún así, la escasez de unidades hace difícil responder a la pregunta de la eficiencia. Para entender qué tan bien funcionan las alternativas, dice Rasmussen, los investigadores necesitan comparar su consumo de energía a largo plazo con el de los modelos convencionales en lugar de simplemente mirar el COP. Mimic afirma, por ejemplo, que su modelo a escala de habitación debería igualar el consumo de una unidad de aire acondicionado típica en el transcurso de un año. Los sistemas elastocalóricos y barocalóricos también tienen potencial, agrega Rasmussen, pero los prototipos a escala de habitación probablemente estén a dos o tres años de distancia.

Al final, la probabilidad de que la refrigeración de estado sólido reemplace al aire acondicionado basado en compresor es escasa. Pero a medida que el planeta se calienta y lugares como India instalan decenas de millones de nuevas unidades de aire acondicionado en la próxima década,