Los cristales pl¨¢sticos, el futuro de la tecnolog¨ªa para enfriar las cosas

Los sistemas de refrigeraci¨®n han cambiado nuestra forma de vivir, pero tambi¨¦n est¨¢n contribuyendo al deterioro del planeta. Al menos la cuarta parte de la electricidad que utilizamos se dedica a enfriar cosas y para lograr ese milagro de la t¨¦cnica se utilizan gases con un intenso efecto invernadero. La emisi¨®n a la atm¨®sfera de un kilo de estos gases equivale al di¨®xido de carbono emitido por un coche circulando sin descanso durante medio a?o.

Recientemente, un equipo liderado por Bing Li, de la Academia China de Ciencias, ha presentado en la revista Nature un sistema que puede aprovechar el principio f¨ªsico que hace posibles los sistemas de refrigeraci¨®n con gases, pero con menos impacto medioambiental y la posibilidad de miniaturizarlo y tener un gran impacto en el mundo de la electr¨®nica. En este caso, el material utilizado para extraer calor a objetos calientes ser¨ªan cristales pl¨¢sticos.

M¨¢s de una cuarta parte de la electricidad que gasta la humanidad se emplea en sistemas de refrigeraci¨®n

Para entender la propuesta de los cient¨ªficos chinos, en primer lugar es necesario conocer c¨®mo funcionan sistemas de refrigeraci¨®n est¨¢ndar como los de las neveras. B¨¢sicamente, requieren cuatro pasos. En el primero se contrae el gas, que aumenta de temperatura. Despu¨¦s, se extrae ese calor del gas comprimido y al volverlo a descomprimir pierde temperatura y queda m¨¢s fr¨ªo que el ambiente. Ese gas fr¨ªo se puede utilizar entonces para enfriar la comida de la nevera, por ejemplo. ¡°La idea es que al principio las mol¨¦culas del gas est¨¢n muy desordenadas y con el aumento de presi¨®n se reduce el volumen del gas y su grado de desorden¡±, explica Claudio Cazorla, investigador de la Escuela de Ciencia de Materiales e Ingenier¨ªa de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia). ¡°Reduciendo el nivel de desorden de una forma reversible, puedes refrigerar un sistema y eso es lo que se hace en el caso de los cristales pl¨¢sticos¡±, contin¨²a.

La idea b¨¢sica, contin¨²a Cazorla, ¡°es ser capaz de, aplicando un cambio externo, generar una cambio en una sustancia, ya sea un gas o unos cristales, que involucre un gran cambio de entrop¨ªa o, por decirlo de una forma m¨¢s sencilla, de orden dentro del sistema¡±. En el caso de los cristales pl¨¢sticos, se podr¨ªa aplicar una presi¨®n o un campo el¨¦ctrico o magn¨¦tico que produzca una variaci¨®n en el orden molecular del cristal. En principio, los cambios que se podr¨ªan producir en unos cristales no ser¨ªa tan grandes como con un gas, pero los cristales propuestos en el art¨ªculo de Nature son especiales y permiten inducir un gran cambio en el nivel de desorden aplicando peque?as presiones sobre ellos.

Estos cristales pl¨¢sticos, que se usan de forma rutinaria en industrias como la farmac¨¦utica, est¨¢n formados por mol¨¦culas org¨¢nicas simples que est¨¢n rotando. ¡°Tienen lo que se llama desorden rotacional y no puedes decir cu¨¢l es el orden de las mol¨¦culas¡±, apunta Cazorla. ¡°Pero cuando aplicas una peque?a presi¨®n, cancelas esas rotaciones libres de la mol¨¦culas y pasas a tener un sistema m¨¢s ordenado, como en el caso del gas cuando lo comprimimos, porque todas las mol¨¦culas tienen una orientaci¨®n determinada¡±, apunta.

Aunque la tecnolog¨ªa empleada en la refrigeraci¨®n es antigua y se ha ido optimizando, su eficiencia energ¨¦tica, que ronda el 60%, es mejorable y algunos de estos refrigerantes s¨®lidos podr¨ªan lograr eficiencias m¨¢s elevadas. Adem¨¢s, se podr¨ªan dise?ar sistemas de refrigeraci¨®n en miniatura que incrementasen el potencial de la microelectr¨®nica. Hasta ahora, es imposible introducir un sistema de refrigeraci¨®n por gas en un m¨®vil, porque a escala microsc¨®pica no ser¨ªa efectivo, pero s¨ª se podr¨ªan meter l¨¢minas de estos materiales que enfriasen los circuitos a escala microsc¨®pica y mejorasen la eficiencia.

Otra de las aplicaciones posibles llegar¨ªa como apoyo al desarrollo de bater¨ªas para autom¨®viles el¨¦ctricos. Una de las limitaciones de estos aparatos es la velocidad de carga. Cuanto m¨¢s r¨¢pido se hace, m¨¢s calor genera el proceso y ese calor es dif¨ªcil de eliminar.

Junto a las ventajas de los cristales pl¨¢sticos como refrigerantes, el equipo de Li tambi¨¦n reconoce algunas limitaciones importantes. La misma maleabilidad que les hace sensibles a leves presiones hace que mec¨¢nicamente sean muy blandos y no los convierta en materiales ideales para crear un sistema de refrigeraci¨®n duradero.