Internacional.El calor residual industrial a menudo no se puede reutilizar debido a su baja temperatura. Un nuevo material desarrollado en la Universidad de Kiel, Alemania, ahora permite su uso en sistemas de refrigeración respetuosos con el medio ambiente en el sector de la construcción.
Se considera que los dispositivos de refrigeración consumen mucha energía, en los que todavía se utilizan refrigerantes contaminantes, incluso después de la prohibición de los clorofluorocarbonos (CFC). Una alternativa ecológica son los sistemas que usan agua en su lugar. Un equipo de investigación del Instituto de Química Inorgánica de la Universidad de Kiel, junto con el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE en Freiburg, ha desarrollado un material altamente poroso, con el que estos sistemas de refrigeración pueden funcionar con menos energía eléctrica que antes. Calor residual no utilizado anteriormente, por ejemplo, desde los sistemas de calefacción urbana, los centros de datos o el calor de los colectores térmicos solares podrían ser utilizados para eso. Los resultados han sido publicados recientemente en la revista Advanced Materials.
Los centros de datos en particular son fábricas de energía reales: como un efecto secundario de sus operaciones, las computadoras de alto rendimiento producen mucho calor y, por lo tanto, deben enfriarse continuamente. Como tales, provocan altos costos de energía y energía, al mismo tiempo que emiten calor residual no utilizado al medio ambiente; su temperatura es demasiado baja para otros usos. Teóricamente, sin embargo, esto podría usarse para ejecutar sistemas de refrigeración eficientes en energía, que utilizan agua como refrigerante (denominados enfriadores impulsados por adsorción). Para hacerlo, el material utilizado allí debe ser capaz de absorber mucha agua y regenerarse a las temperaturas más bajas posibles.
Refrigeración respetuosa con el medio ambiente y que ahorra recursos
El material poroso, desarrollado por el profesor Norbert Stock del Instituto de Química Inorgánica y su grupo de trabajo, cumple con estos requisitos. De esta forma, partes del proceso de enfriamiento de los enfriadores impulsados por adsorción se pueden operar utilizando solo la energía del calor residual existente o los sistemas térmicos solares. «Esto también podría hacer una contribución importante al uso de energías renovables», dijo Stock. Para sistemas ecológicos como este, el material tiene dos ventajas clave: «Los sistemas consumen menos energía y podemos producir el material de una manera ecológica», explicó el químico inorgánico.
En estos llamados enfriadores impulsados por adsorción, el efecto de enfriamiento se produce cuando el calor ambiente se extrae por la evaporación del agua. Las moléculas de vapor de agua se depositan en las cavidades de un material poroso, llamadas sorbentes, es decir, adsorbidos por él. En la siguiente fase regenerativa, el material se seca aplicando energía térmica. Las moléculas de agua almacenadas se liberan, se licuan y se pueden evaporar nuevamente en el siguiente ciclo. El material también puede usarse nuevamente.
Los marcos orgánicos de metal altamente porosos proporcionan interacciones ideales
Los sorbentes utilizados en los sistemas de refrigeración suelen ser zeolitas cristalinas o geles de sílice, que pueden absorber fácilmente agua debido a su estructura. El material del equipo de investigación exhibe propiedades de sorción particularmente buenas: puede absorber mucha agua muy rápidamente y también liberarla rápidamente nuevamente, incluso a un bajo aumento de la temperatura. El material está listo para su uso de nuevo rápidamente. «Esto es posible gracias al tamaño óptimo de los poros en el material y su interacción perfecta con las moléculas de agua», explicó Stock. La estructura cristalina altamente porosa de «CAU-10-H», que es el nombre oficial del material, nombrado después de la ubicación de desarrollo, el número de versión y la abreviatura de hidrógeno, es un ejemplo de un marco orgánico de metal (MOF). Han sido probados en una amplia gama de áreas de aplicación en los últimos años.
De la investigación fundamental a la aplicación práctica
El grupo de trabajo Kiel ya ha estado buscando el descubrimiento de nuevos MOF durante mucho tiempo, pero anteriormente solo como pura investigación fundamental. Para la transferencia a una aplicación industrial, trabajaron con colegas del Fraunhofer ISE para recubrir los intercambiadores de calor disponibles comercialmente con su material. «El estudio del intercambiador de calor en condiciones relacionadas con la aplicación muestra el alto potencial del material», dijo el Dr. Stefan Henninger del ISE. En el laboratorio, el material ya puede producirse en kilogramos en condiciones de reacción suaves, es decir, a una temperatura de 100 ° C con agua como disolvente («síntesis verde»). «Para producir el material para un uso industrial a mayor escala, nuestro siguiente paso es contactar a otras compañías», dijo Stock. Ya han solicitado una patente para su método de producción.
Fuente: Universidad de Kiel.