După trei ani de căldură record, acesta se anunță a fi încă unul arzător. Aerul condiționat? Nu dispare nicăieri. Agenția Internațională pentru Energie estimează că numărul unităților de aer condiționat se va tripla până în 2050. Asta e bine pentru sănătate - un studiu Lancet a estimat că aerul condiționat a prevenit aproape 200.000 de decese premature doar în 2019 - dar rău pentru planetă. Răcoarea artificială reprezintă deja 7% din consumul global de electricitate și 3% din emisiile de gaze cu efect de seră, iar dacă sunt eliminate necorespunzător, unitățile pot scurge agenți frigorifici cu un potențial de încălzire globală mai mare decât dioxidul de carbon.
Simțind căldura, o serie de oameni de știință și startup-uri speră să amplifice răcirea cu stare solidă, folosită în prezent la scară mică pentru lucruri precum mini-frigidere, baterii pentru vehicule electrice și unele computere de gaming de ultimă generație. Aerul condiționat tradițional transferă căldura folosind un compresor și un ventilator pentru a circula un agent frigorific și a-l transforma din lichid în gaz. Sistemele cu stare solidă, pe de altă parte, mută căldura prin materiale conductoare precum gadoliniul și telurura de bismut - care ar putea teoretic să răcească spații și suprafețe cu mai puține efecte secundare murdare.
Problema este dacă pot egala eficiența aerului condiționat convențional. "Una dintre întrebările cheie care rămân este de ce răcitoarele cu stare solidă nu sunt la fel de eficiente ca ciclurile termodinamice tipice?", spune Pramod Reddy, profesor de inginerie mecanică la Universitatea din Michigan, care studiază transferul de căldură.
Cercetări și programe pilot sunt în desfășurare pentru a testa o gamă de abordări. Mimic Systems, cu sediul în Brooklyn, folosește răcirea termoelectrică, care trece un curent prin materiale semiconductoare pentru a muta căldura dintr-o parte în alta. Sistemul său de control al climatului la scară de cameră este testat într-un apartament din Vancouver. Compania germană Magnotherm urmează să își testeze sistemul, care se bazează pe o configurație magnetocalorică ce transferă căldura prin magnetizarea și demagnetizarea materialelor, într-un lanț de supermarketuri. O echipă din Hong Kong a anunțat că dispozitivul său elastocaloric, al cărui material se încălzește și se răcește pe măsură ce se extinde și se contractă, poate coborî sub 0 °C. Iar Barocal din Marea Britanie mizează pe sisteme barocalorice, care își schimbă temperatura ca răspuns la schimbările de presiune.
Dar experții, în special în termoelectrice, au îndoieli cu privire la cât de bine poate concura orice schemă cu stare solidă. Pentru majoritatea sistemelor HVAC moderne, coeficientul de performanță (COP) este 3, explică Jeff Snyder, profesor la Universitatea Northwestern, care studiază conductivitatea electrică și termică. Asta înseamnă, în esență, că sistemul mută trei unități de căldură pentru fiecare unitate de energie care intră în el. Termoelectricele în special tind să aibă o performanță mult mai scăzută la niveluri ridicate de schimbare a temperaturii, spune Snyder, ceea ce înseamnă că sunt cele mai potrivite pentru utilizări de nișă, cum ar fi răcirea spătarului unui scaun de mașină.
Eficiența, totuși, nu este totul, susține Lindsay Rasmussen, manager la acceleratorul de tehnologie climatică Third Derivative al Institutului Rocky Mountain, care sprijină atât Magnotherm, cât și Mimic. În SUA, majoritatea aerelor condiționate folosite în prezent utilizează un agent frigorific numit R410A, care are un potențial de încălzire globală de peste 2.000 de ori mai mare decât dioxidul de carbon. În plus, piesele lor mobile le pot face mai puțin durabile, mai ales în comparație cu un model cu stare solidă care este mai puțin complex mecanic.
Totuși, lipsa unităților face dificilă răspunsul la întrebarea eficienței. Pentru a înțelege cât de bine funcționează alternativele, spune Rasmussen, cercetătorii trebuie să compare consumul lor de energie pe termen lung cu cel al modelelor convenționale, nu doar să se uite la COP. Mimic susține, de exemplu, că modelul său la scară de cameră ar trebui să egaleze consumul unei unități tipice de aer condiționat pe parcursul unui an. Sistemele elastocalorice și barocalorice au, de asemenea, potențial, adaugă Rasmussen, dar prototipurile la scară de cameră sunt probabil la doi-trei ani distanță.
În cele din urmă, probabilitatea ca răcirea cu stare solidă să înlocuiască aerul condiționat cu compresor este mică. Dar pe măsură ce planeta se încălzește și locuri precum India instalează zeci de milioane de unități noi de aer condiționat în următorul deceniu,