Cerâmica de refrigeração passiva oferece resfriamento eficiente para residências sem consumo energia elétrica

Engenheiros de Hong Kong inovaram ao criar uma “cerâmica refrigeradora”, um avanço significativo no resfriamento radiativo passivo, que direciona o calor para o espaço frio sem consumo de energia. Essa cerâmica de resfriamento demonstrou propriedades ópticas de alto desempenho ao refletir calor em frequências transparentes à atmosfera terrestre, permitindo a redução da temperatura sem o uso de refrigerantes ou consumo energético. Essa inovação surge como uma alternativa promissora aos sistemas tradicionais de ar-condicionado.

Para além de uma mera prova de conceito em laboratório, a cerâmica destaca-se pela sua relação custo-benefício, durabilidade e versatilidade, tornando-a praticamente pronta para o mercado. Sua aplicação não se limita à construção civil, sendo adequada para diversas outras utilizações.

O professor Chi Yan Tso, da Universidade Cidade de Hong Kong, enfatiza que a cerâmica de resfriamento oferece não apenas uma economia de mais de 20% na eletricidade utilizada para resfriar ambientes quando aplicada no telhado de uma casa, mas também apresenta um potencial significativo para reduzir a dependência de estratégias tradicionais de resfriamento ativo. Essa inovação fornece uma solução sustentável para mitigar a sobrecarga da rede elétrica, as emissões de gases de efeito estufa e as ilhas de calor urbanas.

A cerâmica de resfriamento apresenta uma notável singularidade em sua estrutura hierarquicamente porosa, inspirada na casca do escaravelho Cyphochilus, que possui escamas brancas extraordinariamente brilhantes em todo o exoesqueleto. Essas escamas, compostas de esclerotina, uma forma modificada do polímero quitina, superam em brancura qualquer material artificial existente. A coloração branca resulta de uma fina estrutura fotônica desordenada que reflete a luz de todos os comprimentos de onda com eficiência igual, uma característica já incorporada em tecnologias biomiméticas, como papel super branco.

A fabricação da cerâmica bioinspirada utiliza materiais acessíveis, como alumina, por meio de um processo de duas etapas simples, envolvendo inversão de fase e sinterização. Esse método torna a produção escalonável e economicamente viável.

A cerâmica alcança excelência nas duas propriedades ópticas cruciais para o desempenho de resfriamento em materiais de refrigeração passiva, abrangendo a faixa solar (0,25-2,5 µm) e a faixa do infravermelho médio (8-13 µm). Para uma eficiência de resfriamento passivo, é essencial uma alta reflexividade na faixa solar para minimizar o ganho de calor solar, e uma alta emissividade na faixa do infravermelho médio para maximizar a dissipação do calor radiativo.

A utilização da alumina como matéria-prima central na cerâmica de resfriamento assegura uma absorção solar mínima. O professor Tso destaca que a cerâmica de resfriamento, feita de alumina, proporciona degradação adequada da resistência aos raios UV, abordando uma preocupação comum em projetos de resfriamento passivo radiativo baseados em polímeros. Além disso, a cerâmica exibe resistência ao fogo excepcional, suportando temperaturas superiores a 1.000 °C, superando outras alternativas, como materiais radiativos baseados em polímeros ou metais.

Ao imitar a brancura biológica do escaravelho e otimizar a estrutura porosa com base no fenômeno do espalhamento de Mie, a cerâmica de resfriamento passivo dispersa eficientemente a luz solar em quase todos os comprimentos de onda, alcançando uma reflexividade solar quase ideal de 99,6% e uma elevada emissão térmica no infravermelho médio, atingindo 96,5%. Essas propriedades ópticas superam as dos materiais de última geração.

Além de seu notável desempenho óptico, os testes em campo demonstraram que a cerâmica de resfriamento exibe resistência excepcional às condições climáticas, estabilidade química e resistência mecânica, tornando-a adequada para aplicações externas de longa duração.

Em temperaturas extremamente elevadas, a cerâmica de resfriamento manifesta super-hidrofilicidade, permitindo a rápida dispersão de gotas devido à sua estrutura porosa interconectada. Essa propriedade super-hidrofílica impede o efeito Leidenfrost, comumente observado em revestimentos de edifícios tradicionais, facilitando um eficiente resfriamento evaporativo.

O efeito Leidenfrost é um fenômeno em que um líquido, ao entrar em contato com uma superfície muito mais quente do que seu ponto de ebulição, forma uma camada de vapor que isola o líquido da superfície, prejudicando o resfriamento eficaz.

O professor Tso enfatizou a versatilidade da cerâmica de resfriamento, destacando sua conformidade com requisitos rigorosos tanto para resfriamento passivo radiativo de alto desempenho quanto para aplicações práticas em ambientes do cotidiano. Além disso, a cerâmica pode ser colorida com uma camada dupla, atendendo também aos requisitos estéticos.

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