Nuevo dispositivo de congelación de HKUST logra cero emisiones y enfría hasta -12 ℃, ofreciendo una alternativa sostenible para la cadena de frío alimentaria y médica.
- 🌍 Primer congelador elastocalórico sub‑cero, llega a –12 °C sin usar refrigerantes contaminantes.
- 🔧 Usa aleación NiTi, fluido anticongelante y diseño tubular en cascada para alta eficiencia.
- 🧪 En pruebas reales: cámara a –4 °C en 1 hora y agua congelada en 2 horas.
- ⚡ Potencial para reducir 330 Mt de CO₂ al año si se adopta globalmente.
Nuevo congelador ecológico alcanza temperaturas bajo cero sin gases refrigerantes
La refrigeración suele ser invisible hasta que falla. Pero su impacto climático es enorme. Un equipo de investigadores de la Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) ha dado un paso que podría cambiar esa ecuación: han desarrollado el primer dispositivo de congelación elastocalórica capaz de operar por debajo de 0 °C, alcanzando hasta -12 °C sin utilizar refrigerantes químicos ni sistemas de compresión tradicionales.
El trabajo, publicado en la revista Nature bajo el título Sub-zero Celsius Elastocaloric Cooling via Low-transition-temperature Alloys, traslada una tecnología que hasta ahora se limitaba al aire acondicionado a temperatura ambiente al terreno más exigente del frío industrial y doméstico: la congelación real, la de alimentos, vacunas, logística y laboratorios.
Mientras el planeta se calienta, la paradoja es clara. La demanda de frío crece, y con ella el consumo eléctrico y el uso de gases con alto potencial de calentamiento global (GWP). Supermercados, cámaras frigoríficas, transporte en frío, hospitales. Todo depende hoy de sistemas basados en compresión de vapor, una tecnología eficiente, sí, pero anclada a refrigerantes que contribuyen de forma directa al efecto invernadero cuando se fugan o se gestionan mal al final de su vida útil.
Aquí es donde entra en juego el llamado efecto elastocalórico.
En lugar de evaporar y condensar un gas, el sistema utiliza aleaciones con memoria de forma, materiales capaces de absorber y liberar calor cuando se comprimen y se relajan. Un proceso físico, sólido, casi mecánico. Sin gases. Sin circuitos presurizados. Sin emisiones directas.
HKUST presenta su congelador verde bajo cero, cero emisiones
El prototipo desarrollado por el equipo liderado por el profesor Sun Qingping, del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial, combina tres avances que, juntos, rompen una barrera técnica que llevaba años resistiendo: lograr rendimiento estable en temperaturas negativas.
Desafíos y avance reciente en la refrigeración elastocalórica
Hasta ahora, la mayoría de dispositivos elastocalóricos funcionaban bien cerca de la temperatura ambiente. Pasar al territorio del hielo significaba perder eficiencia, capacidad térmica o estabilidad del material. El salto al sector de la congelación no era solo deseable, era estratégico: su tamaño de mercado es comparable al del aire acondicionado, pero con una huella climática todavía más sensible.
El equipo de HKUST resolvió ese cuello de botella combinando materiales, fluidos y arquitectura del sistema:
- Aleación superelástica de níquel-titanio (NiTi). Utilizaron una aleación binaria con un contenido elevado de níquel (51,2 % atómico), ajustando su temperatura de transición para que siguiera funcionando con elasticidad y capacidad térmica incluso a -20,8 °C. En pruebas, alcanzó un cambio adiabático de temperatura de 16,3 °C alrededor de 0 °C y un rango funcional cercano a 48,5 °C. En términos simples: sigue “respirando calor” cuando otros materiales se vuelven rígidos e inútiles.
- Fluido de transferencia resistente a la congelación. El sistema emplea una disolución acuosa de cloruro cálcico al 30 % en peso, con un punto de congelación lo bastante bajo como para mantenerse fluida en condiciones bajo cero. Además, su buena capacidad de “mojar” la superficie del metal mejora el intercambio térmico. Un detalle pequeño, pero clave para la eficiencia real.
- Arquitectura tubular en cascada. El corazón del dispositivo es un regenerador formado por ocho módulos en serie, cada uno con tres tubos finos de NiTi. La relación superficie-volumen es muy alta, lo que acelera la transferencia de calor. Y lo más interesante: soporta 900 megapascales de presión sin colapsar, algo confirmado con tomografía por rayos X. Ingeniería de precisión, no solo ciencia de laboratorio.
Del banco de pruebas al mundo real
El prototipo de sobremesa, operando a 1 hercio, logró una diferencia térmica de 36 °C: partiendo de un entorno a 24 °C, alcanzó los -12 °C en el lado frío. Es la primera vez que se documenta oficialmente un rendimiento elastocalórico estable en ese rango.
Pero lo más relevante no ocurrió en el laboratorio.
El sistema se integró en un módulo de 1,0 × 0,5 × 0,5 metros y se probó al aire libre, con temperaturas ambientales entre 20 y 25 °C. En una cámara aislada, el aire interior bajó hasta -4 °C en una hora, y logró congelar 20 mililitros de agua en menos de dos horas. No es una fábrica de hielo, todavía. Pero sí una demostración de que el concepto funciona fuera del entorno controlado.
En términos de rendimiento energético, el dispositivo alcanzó una potencia específica de refrigeración de 1,43 vatios por gramo en condiciones ideales y un coeficiente de rendimiento (COP) teórico de hasta 3,4, una cifra competitiva frente a sistemas tradicionales, especialmente si se considera que aún está en fase experimental.
Perspectivas de futuro y visión experta
Para el profesor Sun, el siguiente paso ya no es solo científico, sino industrial. La colaboración con empresas del sector busca escalar la tecnología, reducir costes de las aleaciones y aumentar la densidad de potencia. El objetivo es claro: pasar de prototipos que congelan pequeños volúmenes a sistemas capaces de alimentar cámaras frigoríficas, supermercados o centros de distribución alimentaria.
Desde el Otto Poon Center for Climate Resilience and Sustainability, su director, el profesor Lu Mengqian, subraya un punto clave: las regulaciones internacionales sobre HFC se están endureciendo. La Enmienda de Kigali al Protocolo de Montreal ya marca un calendario de reducción global. Tecnologías como esta no solo son deseables, empiezan a ser necesarias para que la industria del frío tenga un futuro legal y ambientalmente viable.
Potencial
En el corto plazo, esta tecnología podría encontrar su sitio en aplicaciones sensibles al medio ambiente: conservación de vacunas en zonas sin acceso estable a refrigerantes, cámaras frigoríficas alimentadas por energía solar en áreas rurales, o instalaciones de investigación donde se busca minimizar la huella climática.
A medio plazo, el verdadero cambio estaría en la cadena alimentaria. Centros logísticos, mercados mayoristas y supermercados son nodos donde se concentra una enorme cantidad de sistemas de congelación funcionando 24 horas al día. Sustituir parte de esa infraestructura por sistemas sólidos, sin gases de efecto invernadero, reduciría emisiones de forma estructural, no solo simbólica.
Y a largo plazo, la idea de “frío limpio” podría integrarse en el diseño de edificios. Al igual que hoy se habla de arquitectura pasiva para el calor, podrían surgir espacios pensados para el frío sostenible: almacenes, hospitales y centros de datos con sistemas híbridos que combinen aislamiento, renovables y refrigeración elastocalórica.
No es una solución mágica. Pero sí una pieza nueva en un puzle que necesita, cada vez más, alternativas reales. El frío también tiene que descarbonizarse. Y esta vez, parece que alguien ha encontrado cómo hacerlo sin gases, sin humo y sin ruido. Frío, pero del bueno.
Más información: Sub-zero Celsius elastocaloric cooling via low-transition-temperature alloys | Nature
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