Cómo evitar que el aire acondicionado caliente la tierra

Una de las grandes ironías del cambio climático es que a medida que el planeta se calienta, la tecnología que la gente necesita para mantenerse fresca solo hará que el clima sea más cálido. Para 2050, los investigadores esperan que la cantidad de acondicionadores de aire para interiores en el planeta se cuadruplique a 4.500 millones de unidades, al menos tan omnipresentes como los teléfonos celulares en la actualidad. Según los cálculos del Foro Económico Mundial, las emisiones de gases de efecto invernadero del aire acondicionado provocarán un aumento de la temperatura global de 0,5 grados centígrados para finales de siglo.

En general, el aire acondicionado necesita urgentemente una actualización. La tecnología de enfriamiento básica detrás de los acondicionadores de aire y los refrigeradores no ha cambiado significativamente desde 1902, cuando un joven ingeniero estadounidense llamado Willis Carrier diseñó el primer acondicionador de aire para resolver un problema de humedad en una imprenta en la ciudad de Nueva York. No es exagerado decir que el aire acondicionado ha dado forma a nuestro mundo moderno y seguirá sobresaliendo en un futuro climático sin precedentes. Miles de millones de personas en países con economías de rápido crecimiento como India, Indonesia y Brasil, donde las temperaturas y la humedad ya son peligrosas, pronto comprarán sus primeros acondicionadores de aire domésticos. Está en el aire si pueden permitirse equipos amigables con el clima, o los modelos contaminantes que han dominado el mercado durante mucho tiempo.

Garantizar que esta nueva ola de clientes pueda pagar acondicionadores de aire más eficientes es la fuerza impulsora detrás de los Global Refrigeration Awards. Estratégicamente, el premio no se centrará en los sistemas de aire acondicionado central que se encuentran comúnmente en los hogares estadounidenses, ni en las unidades de ventana, sino en los acondicionadores de aire de una sola habitación similares a los que se instalan típicamente en los edificios de apartamentos indios, donde se llevará a cabo la competencia. En noviembre de 2022, se anunciaron ocho finalistas para una competencia de $ 1 millón para diseñar un aire acondicionado interior que produzca cinco veces menos gases de efecto invernadero durante su vida útil que una unidad de habitación estándar.

Lanzada en 2022, la competencia está patrocinada por el Ministerio de Ciencia y Tecnología de la India, que forma parte del Ministerio de Ciencia y Tecnología; el Rocky Mountain Institute (RMI); una coalición de otros 24 países; Richard Bran, fundador y director ejecutivo de Senador del Grupo Virgen. El premio tiene como objetivo acelerar el desarrollo de acondicionadores de aire con un consumo de energía significativamente reducido y refrigerantes amigables con el clima. RMI estima que si la tecnología se implementa rápidamente, podría evitar hasta 100 gigatoneladas de emisiones equivalentes de dióxido de carbono para 2050.

La unidad ganadora no debe costar más del doble del costo de un aire acondicionado de habitación estándar y debe mantener a las personas frescas en el calor sofocante de un edificio de apartamentos en Delhi, India, donde el índice de calor, una medida de qué tan caliente se siente, puede alcanzar los 140 grados Fahrenheit Gastar. Después de recibir $ 200,000 en noviembre para refinar su propuesta, los ocho equipos ahora están compitiendo para construir prototipos que se enviarán a India para probarlos en el otoño de 2022.

Para entender el desafío, Ayuda a delinear el sistema básico que inventó Willis Carrier, que básicamente todavía usamos hoy. Se llama ciclo de compresión de vapor, explica Clark Bullard, ingeniero mecánico y profesor emérito de la Universidad de Illinois. En su forma más simplificada, consta de dos bobinas de metal, una dentro del espacio a enfriar y otra fuera. El refrigerante líquido circula a través de los serpentines, evaporándose y condensándose alternativamente a diferentes presiones. A medida que el refrigerante se evapora, enfría y enfría las bobinas de metal en la habitación. Cuando llega al serpentín exterior, el refrigerante se condensa y disipa el calor en el aire antes de iniciar el siguiente ciclo. Al mismo tiempo, los ventiladores soplan sobre los serpentines de metal frío, enfriando el aire y eliminando la humedad, mientras el agua se condensa en los serpentines, como «gotas en una jarra de cerveza fría», dijo Bullard.

Hoy en día, el mercado de acondicionadores de aire de $60 mil millones dominado por un puñado de grandes empresas se ha centrado durante mucho tiempo en reducir el costo de los acondicionadores de aire basados ​​en compresión de vapor en lugar de reducir la energía necesaria para alimentarlos. Además de mejorar la eficiencia de los acondicionadores de aire, existe una necesidad urgente de reemplazar los refrigerantes de hidrofluorocarbono (HFC) que aún se utilizan en la mayoría de los acondicionadores de aire, a pesar de los esfuerzos mundiales para eliminar estos productos químicos. Como gases de efecto invernadero, estos refrigerantes son entre 1000 y 3000 veces más potentes que el dióxido de carbono y se filtran lentamente a la atmósfera y escapan cuando se destruyen los acondicionadores de aire.

A pesar de décadas de exploración, pocos refrigerantes han demostrado ser alternativas viables a los HFC, dijo Bullard. «No queremos que sean inflamables. No nos gusta que sean tóxicos. Nos gusta que tengan cierto punto de ebullición. No nos gusta que sean demasiado viscosos porque cuesta más bombearlos, y no queremos que destruyan la capa de ozono o empeoren el planeta. Cálido. Cuando comienzas a aplicar todas estas restricciones, te quedan un puñado de opciones».

Aquí radica el dilema Para los innovadores, ¿deberían centrarse en encontrar los refrigerantes más respetuosos con el medio ambiente o reducir el uso de electricidad? Para cumplir con el objetivo de la competencia de reducir el impacto climático por un factor de cinco, los acondicionadores de aire que usan refrigerantes HFC estándar deben usar 6,4 veces menos electricidad que la unidad de referencia. Por el contrario, una unidad que utilice un refrigerante con probabilidad cero de contribuir al calentamiento global solo necesitaría aumentar su eficiencia por un factor de cuatro.

La mayoría de los finalistas logran un equilibrio entre los dos enfoques, combinando refrigerantes amigables con el clima con trucos que mejoran la eficiencia, como controles inteligentes y paneles solares. Pero otros han optado por la tercera posibilidad: abandonar HCF por completo. Barocal, una startup fundada por el científico de materiales de la Universidad de Cambridge, Xavier Moya, tiene como objetivo resolver las fugas de refrigerante con un nuevo refrigerante sólido hecho de cristales orgánicos. Los cristales, que son baratos y no tóxicos, liberan y absorben calor a medida que su volumen cambia bajo presión, explicó Moya. Un compresor de aire acondicionado típico puede producir fácilmente la presión mínima requerida (70 bar o atmósfera), pero es posible que se requieran presiones más altas. La eficiencia del aire acondicionado dependerá de cómo el equipo aplique presión a los cristales.

Otros equipos ya han puesto la mira en el lado energético de la ecuación. Como puede atestiguar cualquiera que viva en un clima cálido, el calor pegajoso se siente peor que el calor seco porque el cuerpo no puede deshacerse de tanto calor a través de la evaporación. La mayoría de los sistemas de compresión de vapor utilizan un poderoso método de deshumidificación que enfría tanto los serpentines interiores que las gotas de agua se ven obligadas a condensarse cuando el aire sopla sobre el metal helado. Especialmente en climas húmedos, esto a menudo significa que el acondicionador de aire debe configurarse a una temperatura más fría de lo que uno realmente quiere, desperdiciando energía.

Para solucionar este problema, varios equipos están buscando formas de deshumidificar el aire antes de que se enfríe. Por ejemplo, Transaera, una empresa nueva del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), está trabajando con Qingdao Haier Air Conditioning and Power Generation Co., Ltd. para desarrollar un dispositivo que utiliza un nuevo tipo de material altamente poroso llamado metal. marcos orgánicos para eliminar las moléculas de agua del aire. Los poros a nanoescala en el material actúan como una esponja molecular, eliminando las gotas de agua del aire de manera más eficiente que cualquier otro material conocido. El equipo planea usar el calor residual de un compresor de aire acondicionado para secar la esponja para que pueda usarse una y otra vez. Si esa «esponja» se puede usar con el equipo existente y no requiere reemplazos frecuentes, podría estar por delante de la competencia.

Sin embargo, el tiempo no está en el inventor lado. Para evitar el aumento de las emisiones globales de los nuevos acondicionadores de aire, las nuevas tecnologías que cumplan con los criterios de adjudicación para una reducción de cinco veces en GWP deben escalar muy rápidamente, ingresar al mercado para 2022 y alcanzar casi el 100% de las ventas anuales para 2040, se ha calculado RMI .

La competencia para mantener los precios bajos es feroz y es difícil reemplazar opciones más baratas, especialmente en países como India y Brasil, donde el aumento de los ingresos significa que muchas personas pronto podrán pagar su primer acondicionador de aire. Sin embargo, el fundador de Transaera, Sorin Grama, dijo que en los países pobres, reducir el costo de funcionamiento de un acondicionador de aire podría ser tan importante como reducir su costo inicial.

Mientras vivía en Nueva Delhi y trabajaba en sistemas de refrigeración rural para productores de leche indios, Gramma proporcionó a uno de sus empleados un aire acondicionado para que su hija pudiera estudiar con más comodidad. Más tarde, cuando comprobó si ayudaba, la mujer le dijo que no lo usaba porque no podía permitirse el lujo de hacerlo funcionar.

Granma espera que el Premio Global de Refrigeración ayude a India a alinear la política con la innovación tecnológica, estableciendo nuevos estándares de eficiencia y costo. Al igual que muchos otros países tropicales, India necesita urgentemente mantener fresca a su población: en un escenario de altas emisiones, tres cuartas partes de la población de India enfrentarán niveles de calor y humedad que amenazan la vida para 2100, Science Advances 2022. Según un estudio. el Foro Económico Mundial, que requiere que los aires acondicionados cumplan con los estándares de los Premios Globales de Refrigeración, le ahorrará a India $380 mil millones en costos de aire acondicionado y alcanzará alrededor del 40 % del objetivo de reducción de emisiones del país.

La Organización Mundial de la Salud estima que para 2050, las olas de calor extremo en todo el mundo podrían matar a más de 255.000 personas cada año. Los nuevos acondicionadores de aire no serán suficientes para evitar estas muertes; se necesitan otras medidas, como construir edificios con un mejor aislamiento que el vidrio y el hormigón. Si la historia sirve de indicación, la forma más rápida de cambiar la forma en que mantenemos la calma será una combinación de innovación, competencia y regulación. La velocidad es fundamental, ya que lo que está en juego en la carrera mundial por la refrigeración no es solo la comodidad, sino también la supervivencia.

Reimpreso con permiso de Anthropocene Magazine – Reuniendo a los profesionales más creativos del mundo para crear una era humana sostenible en la que realmente queremos vivir. ©Tierra Futura 2022