Como joven estudiante de ingeniería que contemplaba el rumbo de su investigación doctoral, Jaka Tušek sabía que quería trascender los límites de la ciencia. «Quería trabajar en avances, abordar algo nuevo que no se hubiera hecho antes».

Hoy, el investigador esloveno está a punto de lograr el primer gran avance en tecnologías de refrigeración de los últimos 100 años. Su trabajo resuelve uno de los desafíos fundamentales de nuestro tiempo: mantener la temperatura fresca en un mundo en calentamiento sin contaminarlo aún más.

La tecnología de compresión de vapor que se utiliza habitualmente en refrigeradores, aparatos de aire acondicionado y otras tecnologías de refrigeración tiene más de un siglo de antigüedad y es relativamente ineficiente y perjudicial para el medio ambiente.

Aunque los refrigerantes más dañinos fueron prohibidos desde 1989, aquellos que los reemplazaron (los hidrofluorocarbonos) resultaron tener un efecto invernadero cientos de miles de veces mayor que el CO2.

"Si un kilogramo de dicho refrigerante se evapora a la atmósfera, tiene aproximadamente el mismo efecto invernadero que conducir un coche durante unos 30.000 kilómetros", explicó Tušek.

Debido a esto, los hidrofluorocarbonos también se están eliminando gradualmente. Sin embargo, las alternativas naturales como el amoníaco y el isobutano presentan sus propios problemas, desde toxicidad y explosividad hasta baja eficiencia en climas cálidos.

Basándose en los descubrimientos de un proyecto de investigación financiado por la UE llamado SUPERCOOL, que se desarrolló en la Universidad de Liubliana (Eslovenia) entre 2019 y 2023, el equipo de Tušek está desarrollando un sistema con un enfoque radicalmente diferente. Sustituye los refrigerantes tóxicos por tubos metálicos.

Si bien estas tecnologías de enfriamiento de estado sólido aún están en sus etapas iniciales, la idea es que podrán proporcionar dispositivos de enfriamiento más seguros que funcionen de manera más silenciosa y eficiente, sin contaminar el medio ambiente.

Los investigadores de la Universidad de Liubliana trabajan ahora para comercializar esta nueva tecnología. Están preparando una patente y desarrollando un plan para su adopción en la industria como parte de E-CO-HEAT, otra iniciativa de investigación financiada por la UE, que durará hasta principios de 2026.

Hacer que las tecnologías de calefacción y refrigeración sean más eficientes y sostenibles es el núcleo de la Estrategia de calefacción y refrigeración de la UE, que es un segmento vital del Pacto Verde Europeo.

Según la Agencia Internacional de la Energía (AIE), la refrigeración representa actualmente el 10 % de la demanda mundial de electricidad. Peor aún, la necesidad de tecnologías de refrigeración crece exponencialmente debido al aumento de las temperaturas y la creciente demanda en los países en desarrollo.

“Nadie quiere trabajar con un calor de 50 grados y una humedad del 90%”, afirmó Tušek.

Hoy en día hay alrededor de 2.000 millones de unidades de aire acondicionado en el mundo, una cifra que la AIE espera que casi se triplique para 2050.

“Este crecimiento, combinado con el hecho de que son relativamente ineficientes y perjudiciales para el medio ambiente, podría conducir a un desastre ambiental”, dijo.

El enfriamiento depende de la química básica de los cambios de fase, cuando la materia cambia de un estado (sólido, líquido o gas) a otro.

Con los refrigerantes tradicionales, la transformación de líquido a gas y viceversa es lo que impulsa el ciclo de enfriamiento. Sin embargo, algunos materiales, como el nitinol, una aleación de níquel-titanio, pueden experimentar una transformación de fase sin perder su estado sólido.

“En pocas palabras, al someterlos a tensión mecánica, se calientan; al aliviarla, se enfrían”, explicó Žiga Ahčin, investigadora del proyecto. Esta tecnología se denomina enfriamiento elastocalórico, donde «calórico» se refiere al calor.

A diferencia de los refrigerantes tradicionales, estos materiales no son perjudiciales para las personas ni para el medio ambiente. De hecho, los cables de nitinol son biocompatibles y se utilizan habitualmente en medicina. En teoría, el sistema también podría ser mucho más eficiente, aunque aún le queda camino por recorrer.

“Nuestro prototipo está actualmente al 15% de su máxima eficiencia posible, mientras que la compresión de vapor tiene una eficiencia del 20-30%”, afirmó Tušek.

En teoría, el enfriamiento elastocalórico podría alcanzar una eficiencia de hasta el 70 %, pero presenta un inconveniente importante: los alambres de nitinol se degradan rápidamente al estirarse repetidamente, lo que induce un cambio de fase, un fenómeno conocido como fatiga.

"Digamos que el dispositivo funciona durante 10 000 ciclos de carga. Eso son dos o tres días, y listo", dijo Ahčin. Eso no parecía prometedor.

Pero luego, explicó, Tušek tuvo la idea de comprimir los materiales en lugar de estirarlos, reduciendo la tensión física en los cables.

El prototipo resultante fue una primicia mundial y alcanzó nuevos niveles de rendimiento de calefacción y refrigeración sin degradar los materiales de los que dependía.

Investigadores de la Universidad de Liubliana se han asociado con universidades de Alemania e Italia, así como con una empresa tecnológica irlandesa, para desarrollar un aire acondicionado avanzado basado en esta tecnología. Esta colaboración, denominada SMACool, también ha recibido financiación de la UE.

"Avanzamos más rápido cuando trabajamos de forma interdisciplinaria", afirmó Tušek, señalando que cada universidad aporta un área de especialización diferente. Se muestra optimista respecto a que la tecnología podría llegar al mercado en los próximos 5 a 10 años.