Nueva tecnología CHESS desarrollada en EE.UU. logra un 70% más eficiencia en refrigeración sin compresores, además podría permitirles cosechar la energía que necesitan de su entorno ambiental

Investigadores del Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins han desarrollado una nueva tecnología de refrigeración termoeléctrica basada en materiales nano-ingenierizados llamados CHESS.

• CHESS: nuevos materiales termoeléctricos nanoingenierizados.
• Hasta doble de eficiencia que materiales actuales.
• Refrigeración sin compresor, más limpia y silenciosa.
• Fabricación escalable, compatible con la industria de semiconductores.
• 70% más eficiencia en sistemas reales de refrigeración.
• Potencial para energía sostenible y reutilización de calor residual.

Refrigeración sin compresor con termoeléctricos nanoingenierizados

Un salto tecnológico en la refrigeración

Investigadores del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (APL), en colaboración con ingenieros de refrigeración de Samsung, han desarrollado una tecnología de refrigeración termoeléctrica en estado sólido basada en materiales nanoingenierizados llamada CHESS (Controlled Hierarchically Engineered Superlattice Structures). Esta innovación duplica la eficiencia de los materiales comerciales tradicionales a temperatura ambiente (25 °C).

¿Qué hace diferente a CHESS?

CHESS representa un cambio radical frente a los materiales termoeléctricos volumétricos convencionales, que se limitan a aplicaciones pequeñas como mini-neveras. Gracias a una ingeniería nanométrica precisa, los nuevos materiales logran:

• Mejorar casi un 100 % la eficiencia térmica a nivel de material.
• Aumentar hasta un 70 % la eficiencia del sistema completo en condiciones reales.
• Reducir el volumen de material necesario a apenas 0,003 cm³ por unidad de refrigeración.
• Ser compatibles con procesos industriales ya existentes, como la deposición química de vapor metal-orgánica (MOCVD), utilizados en células solares y LEDs.

Tecnología silenciosa, compacta y sin contaminantes

A diferencia de los sistemas tradicionales que requieren compresores y refrigerantes químicos (que pueden ser tóxicos o contaminantes), los sistemas CHESS utilizan materiales semiconductores que transportan calor a través de electrones. Esto permite:

• Eliminar partes móviles, reduciendo el desgaste y el ruido.
• Evitar gases refrigerantes, como los HFC, que tienen alto potencial de calentamiento global.
• Reducir considerablemente el tamaño y el peso del sistema.

Aplicaciones reales y validación

En las pruebas realizadas en sistemas comerciales de refrigeración, los módulos termoeléctricos con CHESS superaron en rendimiento a los tradicionales en todos los escenarios. Las simulaciones térmicas y los modelos desarrollados por Samsung confirmaron los resultados bajo condiciones de operación realistas, incluyendo cargas térmicas significativas.

Tecnología pensada para escalar

Uno de los mayores logros de CHESS es su capacidad para escalar desde aplicaciones pequeñas hasta grandes sistemas de climatización (HVAC). Así como las baterías de ion de litio pasaron de alimentar móviles a vehículos eléctricos, se espera que los materiales CHESS evolucionen desde mini refrigeradores hasta refrigeración industrial y doméstica a gran escala.

Además, al usar procesos ya establecidos en la fabricación de microchips y paneles solares, su producción en masa es viable y rentable.

Más allá de la refrigeración: energía termoeléctrica y salud

Los CHESS también permiten convertir diferencias de temperatura en electricidad útil, abriendo puertas a:

• Sistemas de recolección de energía (energy harvesting) en electrónica, ordenadores y satélites.
• Prótesis y sistemas táctiles avanzados, donde se aprovecha el calor corporal para alimentar sensores.
• Aplicaciones en interfaces hombre-máquina y tecnologías biomédicas no invasivas.

Potencial de esta tecnología

CHESS no solo es innovación, es una oportunidad de sostenibilidad real. Estos materiales pueden ayudar a construir un mundo más limpio y eficiente gracias a:

• Reducción del consumo energético en sistemas de refrigeración, uno de los sectores más intensivos en electricidad.
• Eliminación de refrigerantes contaminantes, como los HFC o el amoníaco, peligrosos para el medio ambiente y la salud.
• Menor huella de carbono gracias a la eficiencia térmica sin necesidad de combustibles fósiles ni ciclos de compresión.
• Reaprovechamiento de calor residual en procesos industriales o dispositivos electrónicos, transformándolo en energía eléctrica útil.
• Compatibilidad con procesos limpios y escalables, aprovechando la infraestructura de fabricación de semiconductores y fotovoltaica ya existente.
• Evita el uso de materiales tóxicos o peligrosos como el amianto, aún presente en algunos sistemas antiguos de aislamiento térmico.

CHESS es más que refrigeración eficiente. Es una plataforma tecnológica versátil con el potencial de reducir el impacto ambiental de sectores clave y avanzar hacia un futuro energético sostenible.

Vía: www.jhuapl.edu

Más información: Jake Ballard et al, Nano-engineered thin-film thermoelectric materials enable practical solid-state refrigeration, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59698-y