Científicos desarrollan un material que refrigera sin necesidad de electricidad

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Científicos han desarrollado un material que mantiene la frescura inspirado en cómo actúa la piel de camello ante el calor externo.

 

El Camello como inspiración

Los materiales se mantienen más fríos cuando el agua se evapora de ellos, pero una vez que todo el agua se ha evaporado, el efecto refrigerante se detiene. Teniendo esto en mente, los científicos del MIT han desarrollado un material inspirado en la piel de camello que podría mantener los objetos frescos sin usar electricidad.

El pelaje del camello actúa como una capa aislante, protegiendo la piel del animal del calor externo y permitiendo que el sudor se evapore. Como resultado, el efecto de enfriamiento por evaporación dura más tiempo – el camello todavía suda, pero no tanto como lo haría un hipotético animal de piel desnuda antes de deshidratarse.

El material del MIT funciona de manera similar, ya que consiste en una capa de hidrogel en la parte inferior, cubierta con una capa de aerogel poroso a base de sílice en la parte superior. El hidrogel está compuesto por un 97% de agua, que se evapora a medida que el gel se calienta, reduciendo así la temperatura del gel.

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30494-3

El aerogel tiene una conductividad térmica muy baja, lo que significa que no absorbe mucho calor de su entorno. Esto significa que el hidrogel que está debajo de él se mantiene más fresco de lo que sería de otra manera, por lo que su efecto de enfriamiento por evaporación es prolongado.

En las pruebas de laboratorio, una capa desnuda de 5 mm del hidrogel perdió toda su agua por evaporación en 40 horas, a una temperatura ambiente de 30ºC.

Sin embargo, una vez que el hidrogel se cubrió con una capa de 5 mm del aerogel, duró 200 horas a la misma temperatura antes de resecarse. El efecto de enfriamiento por evaporación redujo la temperatura del material compuesto en 7 ºC, en comparación con los 8 ºC del hidrogel simple desnudo pero de menor duración.

Además, una vez que el hidrogel se seca, el material refrigerante puede volver a funcionar simplemente añadiendo más agua.

En dónde puede ser utilizado

La producción del aerogel implica actualmente un equipo grande y costoso, por lo que los investigadores están buscando alternativas más prácticas y baratas.

Se espera que el material inspirado en el pelo de camello pueda encontrar uso en los países en desarrollo o en otros lugares que carecen de infraestructura, para el envío y almacenamiento de alimentos y medicinas.

De hecho, una empresa de nueva creación ya está trabajando en el desarrollo de este tipo de procesamiento a gran escala para utilizar el material y crear ventanas térmicamente aislantes. El principio básico de utilizar la evaporación del agua para proporcionar un efecto de enfriamiento se ha utilizado durante siglos de una forma u otra, pero la idea es “combinar este enfriamiento por evaporación con una capa aislante, como hacen los camellos y algunos otros animales del desierto”, algo que “no se ha aplicado antes a los sistemas de enfriamiento diseñados por el hombre”.

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30494-3

Además de proporcionar refrigeración, este sistema pasivo, alimentado exclusivamente por calor, puede reducir las variaciones de temperatura que experimentan los productos, eliminando los picos que pueden acelerar su deterioro.

Nicola Ferralis, uno de los autores de esta investigación, explica que esos materiales de embalaje podrían proporcionar una protección constante de los alimentos o medicamentos perecederos desde la granja o la fábrica, pasando por la cadena de distribución, hasta llegar al hogar del consumidor, frente a los sistemas existentes que dependen de camiones refrigerados o instalaciones de almacenamiento.

El equipo de investigación está formado por  el postdoctorado del MIT Zhengmao Lu, los estudiantes graduados Elise Strobach y Ningxin Chen, la científica investigadora Nicola Ferralis y el profesor Jeffrey Grossman, jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.