Identifican un cristal plástico para utilizarlo como refrigerante ecológico en neveras y aires acondicionados

El cristal plástico neopentilglicol, cuando se le aplica presión, tiene un gran efecto refrigerante, suficiente para ser competitivo cuando se lo compara con los gases que se utilizan en la gran mayoría de neveras y aires acondicionados –los hidrofluorocarbonos (HFC) e hidrocarburos (HC)–, altamente tóxicos e inflamables y que contribuyen, cuando llegan a la atmósfera, al calentamiento global. Además, este nuevo material es barato, fácil de conseguir y funciona prácticamente a temperatura ambiente.

"Las neveras y aires acondicionados basados en HFCs y HCs son, además, relativamente ineficientes", afirma Xavier Moya, de la University of Cambridge, uno de los directores del estudio, junto con Josep Lluís Tamarit, investigador del departamento de física. "Hay que tener en cuenta que, actualmente, las neveras y aires acondicionados devoran una quinta parte de la energía que se produce en todo el mundo, y la demanda no hace más que aumentar", añade.

El estudio, elaborado por un equipo de investigadores del Grupo de Caracterización de Materiales de la UPC, la University of Cambridge y la Universidad de Barcelona describe los enormes cambios térmicos que se pueden conseguir aplicando presión a los cristales plásticos. Y es que las tecnologías de refrigeración tradicionales se basan en los cambios térmicos que tienen lugar cuando un fluido comprimido –normalmente, un HFC o un HC– se expande: cuando el fluido se expande, su temperatura baja y, por lo tanto, enfría lo que tiene alrededor. En el caso de los sólidos, en cambio, la refrigeración se consigue introduciendo cambios en la estructura microscópica de los materiales, lo que se consigue aplicando un campo magnético o eléctrico, o bien a partir de una fuerza mecánica. Durante décadas, la capacidad de los sólidos era menor que la de los fluidos, pero el descubrimiento del potencial barocalórico del cristal plástico de neopentilglicol (NPG, por sus siglas en inglés) y otros compuestos orgánicos –más fáciles de comprimir– igualaría la partida.

El NPG es un material ampliamente utilizado en la síntesis de pinturas, poliésteres y lubricantes, no solo por su bajo coste sino también por su disponibilidad. Las moléculas de NPG, formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno, son casi esféricas e interactúan de manera muy débil entre ellas, lo que les permite tener cierta libertad de movimientos, hasta el punto de que, por su maleabilidad, se sitúan en el límite entre sólidos y líquidos. Es por ello que su compresión da unos resultados térmicos comparables a los del HFC y el HC, pero sin sus efectos perniciosos.

Tal y como explica Josep Lluís Tamarit "el potencial de los cristales plásticos en este campo es muy grande y no se limita a la NPG. Ahora estamos investigando otros similares con resultados también muy prometedores". De hecho, los miembros de las diferentes universidades participantes en el estudio han desarrollado una patente conjunta que pretende llevar al mercado el uso de estos materiales en estos nuevos sistemas de refrigeración con la implicación necesaria de las empresas. El descubrimiento de los efectos barocalóricos de los cristales plásticos sitúa a los materiales barocalóricos en la vanguardia de la investigación para conseguir una refrigeración segura, eficiente y respetuosa con el medio ambiente.

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