La fotònica verda i l’aire condicionat

Fa uns set o vuit anys, vaig visitar en Rafi Serra Florensa al seu despatx de l’Escola d’Arquitectura de la UPC. Era l’estiu, feia molta calor. En Rafi va apuntar cap al nord, al cel, amb un termòmetre làser. El termòmetre crec recordar que va marcar deu sota cero. Aquell dia vaig aprendre una cosa nova: que el cel és un lloc molt fred. La idea d’en Rafi era molt bonica: volia dissenyar una nevera solar passiva. Una nevera que refredés sense gastar energia.

Tots gastem energia per escalfar-nos a l’hivern. Poques alternatives tenim. O utilitzem algun tipus d’energia o combustible, o ens haurem de resignar a passar fred. Els humans hem anat inventant sistemes per no passar fred des de fa milers d’anys, des d’abans de la història. Però l’exigència de comoditat s’ha anat amplificant increïblement des de mitjans del segle XX, i resulta que ara també necessitem neveres i a més volem tenir aire condicionat a l’estiu. S’acabat l’època de passar calor i de les neveres de gel.

La termodinàmica ens explica que la calor, l’energia tèrmica, sempre flueix dels llocs calents als llocs freds. Per això, si fa fred i volem escalfar-nos a casa, no tenim altra solució que posar-hi un focus de calor (estufa, radiador o llar de foc) que haurà d’anar gastant energia si volem que no es refredi i mantingui una temperatura confortable. Però a l’estiu la cosa és molt diferent, perquè ja tenim un lloc o focus calent (casa nostra, el despatx o la nevera) i un lloc fred: el cel. Només cal enviar la calor de casa al cel, i podrem viure més confortablement. En Rafi Serra tenia raó. Si ho sabem fer bé, podrem refredar sense gastar res d’energia, perquè la calor, ella sola, ja marxa cap als llocs freds. És com si volem omplir una bassa amb l’aigua d’un estany que hi ha més amunt del nostre poble. Podem gastar energia i anar fent viatges amb el cotxe ple de garrafes d’aigua que omplim a l’estany i buidem a la bassa, o podem instal·lar una canonada, i l’aigua baixarà tota sola. Doncs bé, amb l’aire condicionat i les neveres, els humans fins ara hem estat gastant molta energia, totalment absurda, per treure la calor, tot i saber que només cal instal·lar una “canonada de calor” adequada entre casa nostra i el cel.

En Rafi ho va tenir difícil, però en Aaswath P. Raman i altres investigadors de la Universitat d’Stanford ho han aconseguit. Ho explica la revista Scientific American, i ho han explicat ells mateixos en un article a la revista Nature. Si us interessa, podeu llegir tots els detalls en aquest document dels mateixos autors, que és d’on he tret la imatge de dalt. Han aconseguit un emissor/mirall de set capes de HfO2 i SiO2 que refreda la zona de sota seu fins a cinc graus per sota de la temperatura ambient, tot enviant la calor al cel (vegeu la nota al final). És un resultat encara inicial, però que ens obre la porta als sistemes de refredament del segle XXI. Posant aquestes plaques al teulat, anirem enviant al cel la calor que no volem: tindrem fresqueta a casa i fred a les neveres sense gastar energia, només amb “canonades de calor” que enviaran al firmament allò que no volem. Realment, això és fotònica verda.

Per cert, en Joan Majó diu que caldrà deixar enterrades bona part de les reserves fòssils existents actualment, i que això crearà enormes resistències tant d’estats com d’empreses, amb canvis geopolítics mundials, nous equilibris de poder i risc d’enfrontaments seriosos. Diu que no és estrany que a París costi molt arribar a compromisos perquè sens dubte, és l’hora de la política. O del fracàs.

———

NOTA: l’emissor/mirall de set capes de HfO2 i SiO2 que ha desenvolupat en Aaswath P. Raman i el seu equip envia la calor al cel en forma de radiació infraroja d’una longitud d’ona molt específica: entre 8 i 12 micròmetres. I això és perquè l’atmosfera del nostre planeta és totalment transparent a les radiacions d’aquesta longitud d’ona. Altres tipus de materials també irradien calor cap al cel, però l’atmosfera atura i absorbeix la calor, i com que aquesta no arriba al focus fred de l’espai exterior, el sistema no funciona. La segona funció de l’emissor/mirall és justament la de reflectir la llum solar. I justament, aquest material de set capes té la propietat que reflecteix el 97% de la radiació solar incident a la vegada que irradia l’energia tèrmica del que volem refredar amb ones que es troben dins la finestra de transparència que té la nostra atmosfera. La placa emissora/mirall té una potència de refredat de 40 watts per metre quadrat, basant-se en un principi tan simple com el d’utilitzar la freda foscor de l’Univers com a focus termodinàmic renovable, en paraules dels propis autors del treball.

1 comentari

  • Jordi Domènech

    06/12/2015 15:05

    Un company de facultat es va muntar a casa unes persianes, pintades de blanc per una cara y negres per l’altra.
    Un sistema mecànic força enginyós, permetia enrotllar-a a un eix o desplegar-la en sentit contrari segons volgués absorbir calor del sol o reflectir-lo.
    Tot molt casolà, però funcionava.
    Sovint la ciència i l’enginyeria poden trobar solucions en principis força elementals. Tot i que la ciència dels materials sovint és la part més difícil. No és gens trivial descobrir que el color, en la banda concreta de l’infraroig de l’òxid de hafni és «blanc», al menys en una determinada configuració. Suposo que encara serà més difícil trobar altres materials similars basats en elements més abundants, perquè, així, a ull, em temo que l’hafni és car i poc abundant.

Comenta

*

(*) Camps obligatoris

L'enviament de comentaris implica l'acceptació de les normes d'ús