El avance del cambio climático y el aumento de la demanda energética global ha llevado a los científicos a explorar tecnologías de enfriamiento pasivo para reducir el consumo eléctrico (enfriar objetos o espacios sin usar electricidad). Entre las tecnologías que se han estudiado en las últimas décadas figura la ‘refrigeración radiativa pasiva’, cuya eficacia está limitada por las leyes físicas (ley de Planck) que restringen la cantidad de calor emitido. Hasta ahora.
Hasta ahora, porque un modelo teórico desarrollado por investigadores chinos propone superar este límite mediante un sistema autosostenible que combina componentes termoeléctricos y ópticos, logrando una potencia de enfriamiento sin precedentes.
Es un sistema autosostenible que combina componentes termoeléctricos y ópticos, logrando una potencia de enfriamiento sin precedentes
La ley de Planck establece el máximo de radiación térmica que un cuerpo puede emitir a temperatura ambiente: 459 vatios por metro cuadrado a 300K (26,85ºC). Pero estudios recientes revelaron que el potencial químico de fotones, un concepto de la física cuántica que modula la emisión de energía luminosa, podría aumentar esta capacidad. No obstante, se suponía hasta ahora que generarlo requiere suministro energético externo, contradiciendo por tanto el principio ‘pasivo’.
El nuevo modelo, publicado en el ‘Journal of Photonics for Energy’, resuelve este dilema aprovechando principios termodinámicos. «Proponemos una configuración termodinámica autosostenible que acopla un motor térmico con un diodo termorradiativo (TRD). Este sistema integrado permite la generación autónoma de potencial químico de fotones positivo y la mejora de la potencia de enfriamiento», recoge el estudio.
Esta nueva tecnología permitiría enfriar edificios sin consumir electricidad. / Pixabay
El diodo termorradiativo (TRD), dispositivo semiconductor transforma calor en fotones infrarrojos, y el motor térmico, que puede ser un generador termoeléctrico (TEG) o un motor de Carnot ideal, extrae energía del gradiente térmico entre el ambiente y el espacio.
Resultados excelentes
La innovación radica en el acoplamiento de estos dos elementos: el motor convierte el calor residual en electricidad, alimentando al TRD. Este, a su vez, absorbe calor del lado frío del motor y lo libera como radiación infrarroja. Así, se genera un potencial químico de fotones positivo de manera pasiva, amplificando la emisión térmica.
Mediante simulaciones, los autores del estudio calcularon que, con un emisor a 293K (20°C), el sistema TRD-motor de Carnot alcanza 485 W/m², superando el ya citado límite de Planck (459 W/m²). Esto representa un aumento del 5,7% en la potencia de enfriamiento. Incluso con un TEG práctico, menos eficiente que el modelo ideal, el sistema logra resultados excelentes bajo condiciones óptimas.
Se trata de una propuesta pasiva; es decir, no depende de un suministro eléctrico constante para funcionar
El estudio también evaluó configuraciones alternativas, como el uso de generadores termoeléctricos en lugar de motores de Carnot, y determinó que el diseño del sistema, incluyendo la proporción entre los componentes y las condiciones térmicas, influye notablemente en la eficiencia. «Nuestros hallazgos sugieren que integrar un TRD con un generador termoeléctrico tiene el potencial de mejorar efectivamente la potencia de enfriamiento», señalan los autores.
Esquema del flujo de calor en un sistema de enfriamiento radiativo mejorado. / Journal of Photonics for Energy (2025)
Además de considerar la eficiencia en condiciones ideales, los investigadores incorporaron en sus modelos el efecto de la radiación atmosférica descendente, lo que aporta mayor realismo al análisis y permite anticipar cómo podría comportarse el sistema en entornos naturales.
La investigación también identificó factores críticos para su eficacia. Por un lado, la relación de áreas: la superficie del TRD debe ser menor que la del emisor radiativo (ratio óptimo, 1:15); por otro, los materiales: el fósforo negro (BP) destaca por su alta eficiencia cuántica y baja recombinación no radiativa; y, finalmente, la ubicación del TRD: colocarlo en el lado caliente del motor mejora el rendimiento en un 3% y un 5%.
Alternativa al aire acondicionado
Este novedoso método podría revolucionar la gestión térmica en múltiples sectores. Por ejemplo, en edificios, mediante revestimientos que reduzcan la necesidad de aire acondicionado. Pero también en electrónica, pues se lograría disipación de calor en dispositivos sin consumo adicional; y en celdas solares, que podrían ser enfriadas para que aumente su eficiencia.
Uno de los aspectos más destacados del modelo es que se trata de una propuesta pasiva; es decir, no depende de un suministro eléctrico constante para funcionar. Esto representa una ventaja clave frente a tecnologías de enfriamiento activas, como los aires acondicionados, cuyo uso masivo incrementa la carga energética y contribuye al calentamiento global.
Los investigadores, no obstante, admiten que persisten retos técnicos. Si bien la refrigeración por electroluminiscencia se ha demostrado en laboratorio con eficiencias superiores al 100%, aún opera a potencias bajas. Avances en nanoestructuras de materiales como puntos cuánticos o el fósforo negro o fosforeno (alótropo estable del fósforo, con estructura similar al grafeno, llamado a revolucionar la electrónica) parecen ofrecer caminos esperanzadores.
Marcador de temperatura del aire acondicionado en un centro comercial. / EFE / Sergio Pérez
La investigación sienta las bases teóricas para la próxima generación de enfriamiento pasivo, pues, según los autores, «la interacción sinérgica entre TRD y motores térmicos representa un nuevo enfoque para mejorar la refrigeración radiativa».
El modelo no solo supera barreras físicas consideradas hasta ahora infranqueables, sino que aúna la innovación con la urgencia climática. Si su aplicación práctica prospera, podría reducir drásticamente el consumo energético global en refrigeración, que actualmente representa el 10% de la electricidad mundial.
Los próximos pasos de los investigadores se centran en optimizar materiales y validar prototipos, acercando esta solución del papel al mundo real. Las posibles aplicaciones incluyen, además de los ya citados sistemas de enfriamiento para edificios y componentes electrónicos que requieren disipación constante de calor, la confección de ropa inteligente para regulación térmica personal.
