Tijolo de cerâmica porosa esfria casas sem gastar energia

As temperaturas estão cada vez mais altas e as ondas de calor mais frequentes em quase todo o mundo. Infelizmente o ar-condicionado não é uma solução para todos.

Para refrescar casas e prédios de modo mais ecológico, a professora Milena Stavric, da Universidade de Tecnologia de Graz, na Áustria, decidiu voltar-se para as cerâmicas, combinando o conhecimento secular de resfriamento passivo de materiais altamente porosos com a fabricação aditiva de última geração.

O resultado são cubos fabricados por impressão 3D, que utilizam um princípio físico bem conhecido nas regiões mais quentes e secas do mundo, o resfriamento evaporativo: Quando a água evapora, ela absorve o calor do ambiente e o ar esfria.

“Isso funciona há séculos, tanto em jarras de barro quanto em torres de vento tradicionais,” explicou Stavric. “O principal avanço tecnológico reside no uso da impressão 3D, que nos permite produzir geometrias altamente complexas, porosas e funcionalmente otimizadas a partir de misturas de argila. Essas estruturas especiais armazenam água com particular eficiência e, apesar do pequeno volume, criam uma enorme superfície de evaporação.”

Detalhe dos cubos de cerâmica impressos em 3D.
[Imagem: Lunghammer – TU Graz]

Geometria de superfície mínima

Para os primeiros testes, a pesquisadora projetou digitalmente os cubos usando o conceito de geometria de superfície mínima, que proporciona uma área de superfície muito grande utilizando o mínimo de material.

Os tijolos evaporativos, medindo cerca de 23 centímetros de lado, foram então fabricados a partir de uma mistura de argila cerâmica. A queima posterior à impressão garante que eles atinjam a consistência altamente porosa desejada.

A água é absorvida pela cerâmica porosa por forças capilares e distribuída uniformemente por toda a sua complexa geometria, criando uma grande superfície de evaporação. A água evapora continuamente, absorvendo calor do ambiente.

Um teste de campo realizado em um sótão quente na universidade mostrou um efeito significativo. Em uma configuração experimental controlada, foi medida uma queda de temperatura de quase 7 ºC nas imediações do cubo cheio de água.

Veja outra iniciativa envolvendo uma cerâmica de refrigeração passiva, que resfria sem gastar energia.
[Imagem: City University of Hong Kong]

Incorporando biotecnologia

Para aumentar ainda mais o desempenho de resfriamento, a equipe está experimentando abordagens bioinspiradas. Culturas de fungos e serragem são adicionadas à argila como meio nutritivo. Um micélio – a rede filamentosa de fungos – cresce no material e forma uma fina rede. A mistura de argila e fungo é impressa em 3D e queimada. O micélio e a serragem queimam, deixando para trás uma rede de micro e macroporos através dos quais a água pode se espalhar particularmente bem dentro do cubo.

A equipe também está testando outras misturas de materiais, como o sedimento de lagos e rios, que precisam ser dragados regularmente para diminuir o assoreamento, mas hoje são lançados sem uso em outras áreas. A expectativa é que esses sedimentos sejam integrados ao processo, transformando-se em um material de construção sustentável.

“Nosso objetivo é proporcionar resfriamento onde as pessoas sofrem particularmente com o calor – por exemplo, em cidades onde as árvores às vezes não conseguem fornecer resfriamento suficiente. Para isso, nos baseamos em princípios de resfriamento natural, em vez de tecnologia de ar-condicionado, que consome muita energia,” concluiu Stavric.