Cerâmica resfria construções sem o uso de eletricidade

Com as ondas de calor cada vez mais constantes, manter os ambientes refrigerados sem gastar energia é um grande desafio. Neste cenário, o resfriamento radiativo passivo (RPC) é uma das tecnologias de refrigeração verde mais promissoras para conter a crescente procura de refrigeração espacial, reduzir a poluição ambiental e combater o aquecimento global. Um exemplo desta tecnologia é uma cerâmica criada por cientistas da City University of Hong Kong (CityU).

O material, conhecido como cerâmica de resfriamento, alcança propriedades ópticas de alto desempenho para geração de resfriamento. Sem usar energia elétrica, a relação custo-benefício, durabilidade e versatilidade da cerâmica garante que a solução tenha inúmeras aplicações, principalmente na construção civil. Ao reduzir a carga térmica dos edifícios e proporcionar um desempenho de refrigeração estável, mesmo condições climáticas diversas, a cerâmica de resfriamento aumenta a eficiência energética e combate o aquecimento global – poupando recursos e ajudando a reduzir ilhas de calor.

As descobertas foram publicadas na revista científica Science.

O material é um avanço em relação ao outros usados para resfriamento radiativo passivo, que usam estruturas nanofotônicas que são caras e pouco compatíveis com construções ou alternativas poliméricas pouco resistentes às condições climáticas. “Nossa cerâmica de resfriamento atinge propriedades ópticas avançadas e, ao mesmo tempo, tem aplicabilidade robusta. A cor, a resistência às intempéries, a robustez mecânica e a capacidade de diminuir o efeito Leidenfrost (veja abaixo) são características essenciais que garantem a natureza durável e versátil da cerâmica de resfriamento”, disse o professor Edwin Tso Chi-yan  da Escola de Energia e Meio Ambiente (SEE) da CityU.

Em altas temperaturas, graças à superfície porosa, o material inibe o efeito de Leidenfrost, um fenômeno que ocorre quando um líquido entra em contato com uma superfície significativamente mais quente que seu ponto de ebulição. Em vez de ferver imediatamente, o líquido forma uma camada de vapor que o isola do contato direto com a superfície. Essa camada de vapor reduz a taxa de transferência de calor e torna ineficaz o resfriamento do líquido na superfície quente, fazendo com que o líquido levite e deslize pela superfície.

A característica de resfriamento da cerâmica vem da sua estrutura porosa, similar a materiais cerâmicos facilmente fabricados inorgânicos acessíveis, como a alumina. A produção envolve um processo simples de duas etapas: inversão de fase, fenômeno químico usado na fabricação de membranas artificiais, e sinterização, processo de aquecimento das peças comprimidas. Não são necessários equipamentos complexos ou materiais caros, o que torna a fabricação escalonável de cerâmicas de resfriamento altamente viável.

A eficiência de materiais PCR é medida por altos índices de reflexão de raios solares e de emissão de raios infravermelhos, para absorver menos calor e dissipar a energia absorvida. Graças às características da alumina, a cerâmica de resfriamento criada pelos pesquisadores mantém a absorção solar ao mínimo. Para fazer isso, a inspiração veio de um besouro, o Cyphochilus que tem uma carcaça clara e porosa. O resultado é a reflexão solar quase ideal de 99,6% e uma alta emissão térmica no infravermelho médio de 96,5%. Essas propriedades ópticas avançadas superam as dos materiais de última geração.

“A cerâmica de resfriamento é feita de alumina, o que proporciona a reflexão desejada dos raios UV, o que é uma preocupação típica da maioria dos projetos de PRC à base de polímeros. O material também exibe excelente resistência ao fogo, suportando temperaturas superiores a 1000°C, o que supera as capacidades da maioria dos materiais PRC à base de polímeros ou à base de metal”, disse o professor Tso.

Além do seu excepcional desempenho ótico, a cerâmica de resfriamento apresenta excelente resistência às intempéries, estabilidade química e resistência mecânica, tornando-a ideal para aplicações externas de longo prazo. “A beleza da cerâmica de resfriamento é que ela atende aos requisitos tanto para PRC de alto desempenho quanto para aplicações em ambientes da vida real”, disse o professor Tso, acrescentando que a cerâmica de resfriamento pode ser colorida com um design de camada dupla, atendendo aos requisitos estéticos.

“Nossa experiência descobriu que a aplicação da cerâmica de resfriamento no telhado de uma casa pode economizar mais de 20% de eletricidade para resfriamento de ambientes, o que confirma o grande potencial da cerâmica de resfriamento na redução da dependência das pessoas em estratégias tradicionais de resfriamento ativo e fornece uma solução sustentável para evitar sobrecarga na rede elétrica, emissões de gases de efeito estufa e ilhas de calor urbanas”, disse o professor Tso.

O próximo passo dos pesquisadores é desenvolver estratégias de gerenciamento térmico passivo com base nessas descobertas. O seu objetivo é explorar a aplicação destas estratégias para melhorar a eficiência energética, promover a sustentabilidade e aumentar a acessibilidade e aplicabilidade das tecnologias da RPC em vários setores, incluindo têxteis, sistemas energéticos e transportes.

Com informações de City University of Hong Kong