Material de construção sensível à temperatura muda de cor para economizar energia

A temperatura ambiente funciona como gatilho para que o material alterne entre os dois estados.[Imagem: Chenxi Sui et al. – 10.1038/s41893-022-01023-2]

Esfria no calor e esquenta no frio

Pesquisadores da Universidade de Chicago projetaram um material de construção que lembra um camaleão – só que, em vez de mudar sua cor visível, ele muda sua cor infravermelha, ou seja, quanto calor ele absorve ou emite.

Em dias quentes, o material pode emitir até 92% do calor infravermelho que contém, ajudando a resfriar o interior de um edifício. Em dias mais frios, no entanto, o material emite apenas 7% do seu infravermelho, ajudando a manter o prédio aquecido.

E a alteração de um estado para outro é induzida pela própria temperatura ambiente – o material é construído com uma temperatura de ativação predefinida.

“Nós essencialmente descobrimos uma maneira de baixo consumo de energia para tratar um edifício como uma pessoa: Você adiciona uma camada quando está frio e retira uma camada quando está quente,” comparou o professor Po-Chun Hsu. “Esse tipo de material inteligente nos permite manter a temperatura em um edifício sem gastar grandes quantidades de energia.”

De acordo com algumas estimativas, os edifícios respondem por 30% do consumo global de energia e emitem 10% de todos os gases de efeito estufa globais – e cerca de metade dessa pegada de energia é atribuída ao aquecimento e resfriamento dos espaços internos.

Agora será necessário ampliar a escala de fabricação do revestimento.
[Imagem: Hsu Group/University of Chicago]

Material eletrocrômico

Tem havido um grande desenvolvimento no campo do resfriamento radiativo – ou refrigeração passiva, que ajuda a manter os edifícios frios aumentando sua capacidade de emitir infravermelho, o calor invisível que irradia de pessoas e objetos.

Isso é muito bom no verão, mas tem pouca serventia no inverno, por isso a equipe queria criar um material que pudesse esfriar o prédio no verão e aquecê-lo no inverno.

Para isso, eles projetaram um material eletrocrômico – que muda de cor por um controle elétrico – formado por uma camada que pode assumir duas conformações: Cobre sólido, que retém a maior parte do calor infravermelho, ou uma solução aquosa, que emite infravermelho.

Em qualquer temperatura de ativação escolhida, o dispositivo pode usar uma pequena quantidade de eletricidade para induzir a mudança química entre os estados, depositando cobre em um filme fino ou removendo o cobre.

“Depois de alternar entre os estados, você não precisa aplicar mais energia para permanecer em nenhum deles,” disse Hsu. “Portanto, para edifícios onde você não precisa alternar entre esses estados com muita frequência, está realmente usando uma quantidade muito insignificante de eletricidade.”

É uma boa prova de princípio, e a equipe agora pretende trabalhar para melhorar sua durabilidade. No laboratório, o revestimento resistiu a 1.800 ciclos de alternância entre os dois estados, o que equivale a cerca de cinco anos de vida útil considerando-se uma alternância de estado por dia. Também será necessário testar o revestimento em dimensões maiores, já que os protótipos estão na escala de centímetros.