Usando a reação endotérmica para resfriar o ambiente

Sistema de resfriamento solar

Porque podemos usar a reação endotérmica para resfriar o ambiente? O aquecimento global causa diversos problemas a humanidade, por exemplo, um aumento da temperatura. Dessa forma, as demandas globais por resfriamento aumentaram rapidamente por causa das tendências crescentes de ondas de calor e do aumento dos padrões de vida. Então! As pessoas com alto poder aquisitivos usam sistemas de refrigeração que exigem um enorme gasto de energia elétrica. Por outro lado, atender a demandas essenciais de resfriamento de pessoas com poder aquisitivo mais baixo tornou-se extremamente desafiador devido à falta de acesso à eletricidade.

Numa tentativa de resolver o problema de regiões quentes com alto nível de incidência solar, o aluno de pós-doutorado Wenbin Wang (laboratório de Peng Wang, China) e colaboradores encaram o desafio para desenvolver um sistema barato de resfriamento. Neste contexto, a equipe projetou um sistema de resfriamento e regeneração em duas etapas. Sendo que, a etapa de resfriamento utiliza o fato de que a dissolução de certos sais comuns na água absorve energia; ou seja,  a reação que resfria rapidamente a água.

O sistema de resfriamento desenvolvido tem como princípio, sobretudo, o uso de reações endotérmicas que tem a propriedade de absorver calor e resfriar sua vizinhança (para melhor entendimento leia o post “A entalpia e as reações endotérmicas e exotérmicas”). Dessa forma, o resfriamento foi obtido pela dissolução do sal nitrato de amônio (NH4NO3) em água e um regenerador solar tridimensional foi aplicado para regenerar o sal. Portanto, utiliza-se uma reação endotérmica  para resfriar o ambiente.

 

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reação endotérmica para resfriamento
Ilustração esquemática do sistema de resfriamento com nitrato de amônio. Esquerda – Ciclo de resfriamento e regeneração. Diretira – Regeneração de soluto com aquecimento solar.

Os pesquisadores se basearam no excepcional poder de resfriamento do sal de nitrato de amônio pode ser atribuído à sua alta solubilidade. Para um resfriamento ótimo, os pesquisadores determinaram que é necessário o uso de 208 gramas de sal por 100 gramas de água. O uso dessa proporção revelou ser ideal também para aplicações de armazenamento de alimentos. Quando o sal é gradualmente dissolvido em água em um copo de metal colocado dentro de uma caixa de espuma de poliestireno, a temperatura do copo cai para cerca de 3,6 oC, permanecendo abaixo de 15 oC por mais de 15 horas.

Em termos de protótipo, a equipe usou energia solar para evaporar a água usando um regenerador solar 3D em forma de xícara. A xícara foi feita de um material projetado para absorver o máximo possível do espectro solar. Conforme a água evapora, os cristais de cresce sobre a parede externa do copo. O sal cristalizado é coletado automaticamente por gravidade. Dessa forma, o sal representa efetivamente uma forma armazenada de energia solar, pronta para ser reutilizada para resfriamento novamente quando necessário.

Uma vantagem do nitrato de amônio é, sobretudo, o seu valor de mercado muito barato, pois é muito barato e muito utilizado como fertilizante.

Fonte:

Conversion and storage of solar energy for cooling, Wenbin Wang, Yusuf Shi, Chenlin Zhang, Renyuan Li, Mengchun Wu, Sifei Zhuo Sara Aleida and Peng Wang, 1 September 2021, Energy & Environmental Science. DOI: 10.1039/D1EE01688A

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