Identifiquen un cristall plàstic per utilitzar-lo com a refrigerant ecològic en neveres i aires condicionats

El cristall plàstic neopentilglicol, quan se li aplica pressió, té un gran efecte refrigerant, suficient per ser competitiu quan se'l compara amb els gasos que s’utilitzen a la gran majoria de neveres i aires condicionats –els hidrofluorocarburs (HFC) i hidrocarburs (HC)–, altament tòxics i inflamables i que contribueixen, quan arriben a l'atmosfera, a l'escalfament global. A més, aquest nou material és barat, fàcil d'aconseguir i funciona pràcticament a temperatura ambient.

"Les neveres i aires condicionats basats en HFCs i HCs són, a més, relativament ineficients", afirma Xavier Moya, de la University of Cambridge, un dels directors de l’estudi, juntament amb Josep Lluís Tamarit, investigador del Departament de Física de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC). "Cal tenir en compte que, actualment, les neveres i aires condicionats devoren una cinquena part de l’energia que es produeix a tot el món, i la demanda no fa més que augmentar", afegeix.

L’estudi, elaborat per un equip d’investigadors del Grup de Caracterizació de Materials de la UPC, la University of Cambridge i la Universitat de Barcelona descriu els enormes canvis tèrmics que es poden aconseguir aplicant pressió als cristalls plàstics. I és que les tecnologies de refrigeració tradicionals es basen en els canvis tèrmics que tenen lloc quan un fluid comprimit –normalment, un HFC o un HC– s'expandeix: quan el fluid s'expandeix, la seva temperatura baixa i, per tant, refreda allò que té al voltant. En el cas dels sòlids, en canvi, la refrigeració s'aconsegueix introduint canvis a l'estructura microscòpica dels materials, fet que s’aconsegueix aplicant un camp magnètic o elèctric, o bé a partir d’una força mecànica. Durant dècades, la capacitat dels sòlids era menor que la dels fluids però el descobriment del potencial barocalòric del cristall plàstic de neopentilglicol (NPG, per les seves sigles en anglès) i altres compostos orgànics –més fàcils de comprimir– igualaria la partida.

L’NPG és un material àmpliament utilitzat en la síntesi de pintures, polièsters i lubricants, no només pel seu baix cost sinó també per la seva disponibilitat. Les molècules de NPG, formades de carboni, hidrogen i oxigen, són gairebé esfèriques i interactuen de manera molt dèbil entre elles, fet que els permet tenir certa llibertat de moviments, fins al punt que, per la seva mal·leabilitat, es col·loquen al límit entre els sòlids i els líquids. És per això que la seva compressió dona uns resultats tèrmics comparables als de l’HFC i l’HC, però sense els seus efectes perniciosos.

Tal com explica Josep Lluís Tamarit "el potencial dels cristalls plàstics en aquest camp és molt gran i no es limita a l'NPG. Ara n'estem investigant altres de similars amb resultats també molt prometedors." De fet, els membres de les diferents universitats participants en l'estudi han desenvolupat una patent conjunta que pretén portar al mercat l’ús d’aquests materials en aquests nous sistemes de refrigeració amb la implicació necessària de les empreses. El descobriment dels efectes barocalòrics dels cristalls plàstics situa els materials barocalòrics a l'avantguarda de la recerca per aconseguir una refrigeració segura, eficient i respectuosa amb el medi ambient.

Colossal barocaloric effects near room temperature in plastic crystals of neopentylglycol

P. Lloveras, A. Aznar, M. Barrio, Ph. Negrier,C. Popescu, A. Planes, L. Mañosa, E. Stern-Taulats, A. Avramenko, N. D. Mathur, X. Moya, J.-LL Tamarit

Nature Communications 10: 1803
DOI: s41467-019-09730-9