Esta nova tecnologia pode ajudar a refrescar as pessoas – sem eletricidade

À medida que as alterações climáticas trazem um calor mais extremo, a utilização de ar condicionado vai aumentar, prejudicando ainda mais o planeta. E se houvesse uma forma de nos refrescarmos sem piorar o aquecimento global?

Publicado 23/08/2021, 12:21
Painel revestido com nova película de polímero

Na Universidade de Colúmbia, um painel revestido com uma nova película de polímero irradia calor através da atmosfera para o espaço sideral, tornando este painel dramaticamente mais frio do que o seu ambiente circundante. Painéis como este podem reduzir a necessidade de ar condicionado.

Fotografia de Jyotirmoy Mandal

Quando Rebecca Sunenshine foi viver para Phoenix, no Arizona, a sua primeira conta da eletricidade deixou-a chocada. “Liguei para a empresa e disse que eles deviam ter cometido um erro, porque era uma conta de 400 ou 500 dólares”, diz Rebecca, que é diretora médica do Centro de Controlo de Doenças do Departamento de Saúde do Condado de Maricopa. “Eles perguntaram se tinha acabado de me mudar para cá.”

A empresa não tinha cometido um erro. O ar condicionado é responsável por cerca de um quarto da utilização energética dos habitantes do Arizona, mais de quatro vezes a média nacional dos EUA. E não é um luxo. Sem ar condicionado, o calor do verão em Phoenix pode ser mortal. No ano passado, o condado de Maricopa registou 323 mortes relacionadas com o calor – um recorde para este condado. “Tivemos o maior número de sempre durante vários anos consecutivos”, diz Rebecca. O condado de Maricopa está a caminho de ultrapassar o número de vítimas do ano passado.

As temperaturas extremas não se limitam à região sudoeste dos EUA. Junho foi o mês mais quente de que há registo na América do Norte. No início de julho, uma vaga de calor sem precedentes ceifou quase 200 vidas nos estados de Oregon e Washington, e acredita-se que morreram mais de 600 pessoas na Colúmbia Britânica devido ao calor.

À medida que as temperaturas globais continuam a subir, a demanda por ar condicionado também vai continuar a aumentar. Dentro de 20 anos, a eletricidade necessária para alimentar os equipamentos de ar condicionado do mundo inteiro deve triplicar. Os combustíveis fósseis usados nos sistemas de refrigeração já adicionam anualmente cerca de 117 milhões de toneladas de dióxido de carbono à atmosfera – e isto apenas nos Estados Unidos. Os próprios equipamentos que nos mantêm frescos estão a ajudar a aquecer o planeta.

Residentes refrescam-se na piscina de um complexo de apartamentos em Phoenix, no dia 17 de junho de 2021. Phoenix está a enfrentar uma crise de aquecimento e habitação que está a afetar mais as pessoas que têm de tolerar o sol.

Fotografia de Juan Arredondo, The New York Times/Redux

Para além da sua pegada de carbono, os aparelhos de ar condicionado têm um impacto mais direto no ambiente circundante, diz Aaswath Raman, professor de engenharia na Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA). “Se pensarmos no que um ar condicionado faz, percebemos que liberta o ar quente de regresso no ambiente. Portanto, cada ar condicionado está, na verdade, a tornar o ambiente um pouco mais quente.”

Encontrar uma alternativa mais ecológica aos sistemas de ar condicionado convencionais tem sido o foco do trabalho de Raman há quase uma década. Raman está na vanguarda de uma pequena comunidade global de investigadores que têm desenvolvido uma variedade de materiais, incluindo tintas, películas finas e madeiras, com uma propriedade singular: a partir da utilização de comprimentos de onda de luz conseguem arrefecer o ar sem uma fonte de alimentação externa, em alguns casos até 4 graus ou mais. Estes novos materiais podem ajudar a mitigar alguns dos efeitos da crise climática, sobretudo nas cidades, onde o efeito urbano da ilha de calor pode elevar as temperaturas em mais de 7 graus.

“Os bairros que mais sofrem com o efeito urbano da ilha de calor tendem a ser de baixo rendimento”, diz Raman. “Portanto, é uma questão de equidade.”

Uma melhor forma de arrefecer

Raman é considerado o fundador deste campo de investigação. A ideia de que podiam haver formas melhores de manter as coisas frescas surgiu em 2012, quando Raman estava a terminar o seu doutoramento na Universidade Stanford. Enquanto pesquisava alguns artigos científicos antigos, Raman ficou intrigado com um conceito que alguns cientistas tinham testado décadas antes, mas que foi praticamente descartado por ser impraticável.

A ideia era aproveitar um fenómeno natural conhecido por arrefecimento radiativo, para baixar a temperatura de objetos. O arrefecimento radiativo é um termo da física para um processo que acontece à nossa volta: qualquer coisa aquecida por uma fonte de calor eventualmente arrefece quando essa fonte de calor é removida. O exemplo mais familiar é o objeto gigante sob os nossos pés: a própria Terra, que aquece durante o dia e arrefece após o pôr do sol, enviando calor para o espaço.

Alguns investigadores questionavam se havia alguma forma de alterar os materiais para os fazer irradiar calor mesmo em plena luz do dia, mas era um esforço que parecia inútil. Enquanto o sol brilha, os objetos não ficam mais frios do que a temperatura do ar ambiente. “Encontrámos referências que diziam que isto era impossível de fazer durante o dia”, diz Raman.

Para um jovem pós-doutorado, um projeto impossível oferecia duas possibilidades: um beco sem saída no início de carreira ou a descoberta de algo que outros tinham passado ao lado.

“É muito difícil encontrar tópicos nos quais ninguém está a trabalhar”, diz Raman. “E geralmente há um bom motivo para isso – porque são coisas completamente inúteis.”

Raman tinha formação em física de ótica e estudava a forma como a luz de diferentes comprimentos de onda interage com diversos materiais. O investigador tinha à sua disposição ferramentas e tecnologia que não estavam disponíveis para os cientistas que tinham abandonado a investigação de arrefecimento radiativo anos antes. Assim, em 2012, Raman apresentou uma proposta à Agência de Projetos de Pesquisa Avançada-Energia, ou ARPA-E, uma filial do Departamento de Energia dos EUA.

“De três em três anos eles têm uma proposta aberta de financiamento, onde podemos submeter qualquer ideia mais arrojada”, diz Raman. “E eu creio que eles acabam por aceitar cerca de 1% das inscrições para financiamento. Disseram-me que Steve Chu, que era o secretário de energia na altura, achava que a minha ideia não era plausível.” Ainda assim, a agência deu a Raman 400.000 dólares e um prazo de um ano para desenvolver um material que permanecesse fresco mesmo nos dias mais quentes. “Foi provavelmente uma das bolsas mais pequenas que eles atribuíram”, diz Raman.

Um comprimento de onda específico

Raman fez parceria com Shanhui Fan, o seu mentor em Stanford. Ambos planearam construir uma película fina de várias camadas que aproveitaria a forma como a atmosfera da Terra permite que o calor escape para o espaço. Toda a energia solar absorvida pela superfície da Terra é constantemente reemitida sob radiação infravermelha, uma forma de luz com um comprimento de onda maior do que a luz visível. Parte desta radiação infravermelha é absorvida pelo vapor de água, dióxido de carbono e por outros gases de efeito estufa, aquecendo a atmosfera. Este processo mantém o clima mundial relativamente estável e habitável – até que os humanos começaram a queimar combustíveis fósseis e a sobrecarregar a atmosfera com milhares de milhões de toneladas de dióxido de carbono.

Porém, nem toda a radiação infravermelha é absorvida pela atmosfera; parte desta radiação escapa para o espaço. Aparentemente, a atmosfera da Terra é transparente para determinados comprimentos de onda infravermelhos – especificamente os comprimentos de onda entre os 8 e os 13 micrómetros. Temos de imaginar a atmosfera como se fosse um cobertor com alguns buracos. Raman e Shanhui perceberam que, se conseguissem projetar uma película que emitisse radiação infravermelha dentro desta gama, a radiação iria fluir através dos “buracos” na atmosfera e escapar para o espaço; a película arrefeceria naturalmente, ficando assim com temperaturas abaixo da temperatura ambiente, mesmo durante o dia.

Esta película consiste em camadas alternadas de sílica – vidro – e dióxido de háfnio, um composto usado na indústria ótica para revestir lentes e espelhos. Ajustando a espessura das camadas individuais, Raman e Shanhui criaram uma película que era ao mesmo tempo altamente reflexiva da luz visível – para não aquecer ao sol – e uma excelente emissora de radiação infravermelha nos comprimentos de onda certos para passar pela atmosfera. Se a película cobrisse, digamos, o capô de um carro, conduziria o calor para longe do capô, arrefecendo-o sem utilizar qualquer eletricidade.

Uma instalação de painéis SkyCool.

Fotografia de SkyCool Systems, Inc.

Raman e Shanhui sabiam que a sua experiência estaria a funcionar no prazo de seis a sete meses. Os investigadores fizeram testes no telhado de um edifício de engenharia no campus de Stanford com uma amostra da sua película exposta ao sol. Os telhados podem aquecer de forma extrema no verão, atingindo temperaturas de até 60 graus. Para fazer uma verificação pontual, os cientistas tentaram um teste simples: sombrearam a película. Normalmente, quando algo está sombreado, arrefece. Mas a película ficou quente, porque a radiação infravermelha não estava a escapar para a atmosfera – estava a atingir e a aquecer o material que sombreava a película, que por sua vez aquecia o ar em torno da mesma.

“É muito contraintuitivo”, diz Raman. “Fica mais quente à sombra porque estamos a bloquear a visão do céu.” Quando ficou exposta à luz solar, a película tornou-se manifestamente fria ao toque, cerca de 4 graus abaixo da temperatura do ar.

Após este sucesso inicial, Raman, Shanhui e Eli Goldstein, um colega de Stanford, fundaram uma empresa chamada SkyCool e trabalharam com a 3M para desenvolver e comercializar a tecnologia. Na primavera de 2020, a SkyCool instalou painéis revestidos com esta película no telhado de um supermercado na Califórnia. A água que flui através dos painéis é arrefecida pela película e, de seguida, bombeada para os aparelhos de ar condicionado e frigoríficos convencionais do edifício, arrefecendo os seus componentes e reduzindo a quantidade de eletricidade usada na sua alimentação. “Isto representa cerca de 15 a 20 por cento de economia energética”, diz Raman.

Uma questão de durabilidade

Desde que Raman e Shanhui publicaram os resultados da sua experiência no telhado em 2014, mais de uma dezena de grupos de investigação desenvolveram tintas, géis e até blocos de madeira que conseguem permanecer frios em plena luz do dia. Muitos destes materiais são tão recentes que a sua durabilidade pode ser um problema, sobretudo considerando os locais onde a maioria seria usada: em telhados, expostos aos elementos e poeira que inibiriam a radiação infravermelha.

“Avaliámos alguns dos materiais”, diz Tim Hebrink, cientista da equipa da 3M, “e podem degradar-se ou ficar sujos rapidamente”. Mas a película de Raman e Shanhui parece mais fácil de manter e limpar do que uma camada de tinta branca brilhante, e esta tecnologia está pronta para ser produzida em grande escala. “Podemos produzir a película em rolos de mais de um quilómetro de comprimento e um ou dois metros de largura”, diz Tim.

Por enquanto, a película provavelmente será usada como suplemento para as tecnologias de arrefecimento convencionais, como acontece no referido supermercado na Califórnia. Paradoxalmente, a maioria dos edifícios está tão bem isolada que o calor no seu interior não consegue passar para a película para ser irradiado. Mas a película pode ajudar a arrefecer outros tipos de estruturas. A cidade de Tempe, no Arizona, está agora a testar a película da 3M nos telhados de algumas das suas paragens de autocarros. Os resultados preliminares mostram que os telhados das paragens podem estar 15 graus mais frios do que o ar circundante.

Uma película radiativa desenvolvida pela 3M está a ser testada em paragens de autocarro na cidade de Tempe.

Fotografia de 3M

Esta tecnologia também pode ajudar a reduzir as mortes relacionadas com o calor. Raman está envolvido num projeto da UCLA chamado Heat Resilient Los Angeles. “A questão é: será que podemos ir para além da sombra?” pergunta Raman. Historicamente, as cidades concentraram-se em plantar árvores, estabelecendo parques e zonas verdes para ajudar a arrefecer os ambientes urbanos, mas estes projetos costumam contornar as comunidades de baixo rendimento e demoram anos a estabelecer. Raman imagina zonas revestidas com a sua película para arrefecer espaços enormes ao ar livre; que poderiam ser montados rapidamente a um custo relativamente baixo.

“Ainda é muito cedo para este projeto, pelo que ainda é uma coisa um pouco especulativa. Mas espero que dentro de um ou dois anos tenhamos alguns resultados e demonstrações interessantes para partilhar”, diz Raman.

Arrefecer o planeta?

Há pelo menos um cientista que imagina um esquema ainda mais ambicioso: erguer painéis em grande escala revestidos com uma película como a de Raman e Shanhui para arrefecer todo o planeta e talvez retardar ou reverter o aquecimento global. Jeremy Munday, engenheiro elétrico da Universidade da Califórnia em Davis, estima que cobrir 1 a 2 por cento da superfície da Terra com estes painéis compensaria o aquecimento provocado pelos gases de efeito estufa. A área necessária seria um pouco mais de metade do Deserto do Saara.

Jeremy estima que os custos rondariam os 2.5 biliões de dólares, ou cerca de 10% do produto interno bruto dos Estados Unidos. Quando comparado com os efeitos calamitosos da crise climática, seria dinheiro bem gasto, diz Jeremy.

“Precisamos de uma abordagem que seja um pouco fora da caixa. Sei que parece uma coisa estereotipada, mas estamos a caminhar pelo mesmo caminho há demasiado tempo. E creio que por vezes precisamos de agitar as coisas com grandes mudanças.”

É uma ideia atraente – uma solução para uma crise que ameaça todas as nações da Terra. Mas será minimamente prática? “O arrefecimento radiativo pode ser realmente uma ajuda significativa para o efeito urbano de ilha de calor, mas acho que é muito, muito duvidoso que tenha um papel significativo no arrefecimento global”, diz Mark Lawrence, cientista climático do Instituto de Estudos Avançados de Sustentabilidade em Potsdam, na Alemanha.

“Um projeto de grande escala como o imaginado por Jeremy demoraria décadas a construir – e chegaria tarde demais para nos ajudar a evitar os efeitos mais catastróficos das alterações climáticas.” Para além disso, diz acrescenta Mark, um arrefecimento artificial com essa escala poderia interromper os padrões de precipitação globais, uma vez que a chuva e a circulação atmosférica são impulsionadas por diferenças de temperatura entre a terra e o mar. Alguns modelos climáticos, por exemplo, mostram que os esquemas de arrefecimento artificial podem enfraquecer as chuvas das monções que sustentam a Índia e África.

A Organização Mundial de Saúde estima que, entre 1998 e 2017, as vagas de calor mataram pelo menos 166.000 pessoas no mundo inteiro. Se continuarmos a emitir gases de efeito estufa ao ritmo atual, o calor mortal irá colocar mais de mil milhões de pessoas em risco até ao final deste século.

Portanto, a tecnologia pode, em última análise, ajudar a arrefecer as nossas cidades e evitar dezenas ou centenas de milhares de mortes devido às vagas de calor brutais que se avizinham, e isso já seria um grande feito. Mas, para arrefecer o mundo inteiro, já sabemos há décadas o que precisamos de fazer: deixar os combustíveis fósseis no solo.
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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