PGRN/UEMS: Pesquisadores do CERNA investigam novos sistemas de refrigeração usando luz laser

Descobertas recentes de Centro de Pesquisa em Dourados impactam sistemas de resfriamento mais eficientes e sustentáveis

Pesquisadores da Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul (UEMS) – Unidade Universitária de Dourados, em parceria com instituições nacionais e internacionais, conseguiram pela primeira vez resfriar um material cristalino com Cromo (Cr 3+ ) usando apenas luz laser. A descoberta científica foi alcançada no âmbito do Programa de Pós-Graduação em Recursos Naturais (PGRN) e do Centro de Estudos em Recursos Naturais (CERNA).

O estudo, publicado na revista científica Advanced Optical Materials - Wiley Online Library, representa um marco histórico na área de refrigeração óptica ao demonstrar que é possível “esfriar” materiais sólidos cristalinos dopados com Cromo usando feixes de luz. O artigo “Observation of Laser Cooling on an Electric-Dipole-Allowed Transition in Cr³⁺:LiSAF Crystal”. A descoberta posiciona a UEMS e o Brasil na vanguarda mundial da pesquisa em refrigeração óptica, abrindo possibilidades para o desenvolvimento de tecnologias mais sustentáveis e eficientes no futuro.

A tecnologia funciona através de um processo chamado refrigeração “anti-Stokes”. De forma simplificada, quando um laser emitindo em frequência específica (uma cor de luz específica, por exemplo) incide sobre o cristal de Cr³⁺:LiSAF (um material dopado com cromo), o cristal absorve a luz e a “converte” em uma luz com maior frequência (uma cor ligeiramente diferente da do laser).

Nessa conversão, o cristal perde energia térmica, resultando em resfriamento. “É como se o cristal “emprestasse” sua energia térmica natural para fazer essa conversão de frequência luminosa (ou de cores da luz)” explica o Dr. Junior Reis Silva, pesquisador do PGRN e do CERNA, ambos localizados na UEMS/Dourados.

“Até agora, os sistemas de refrigeração convencionais, como geladeiras, ares-condicionados e sistemas industriais, dependem de compressores, gases refrigerantes e consomem muita energia elétrica. A refrigeração óptica oferece uma alternativa completamente diferente, sem partes móveis como compressores ou ventiladores, eliminando o uso de substâncias que podem ser prejudiciais ao meio ambiente, sendo potencialmente mais econômica em energia, silenciosa e durável por ter menos peças sujeitas ao desgaste”, prossegue o pesquisador da UEMS.

O grande feito dos pesquisadores foi conseguir uma eficiência de refrigeração de 10% - o dobro dos melhores materiais conhecidos anteriormente para este tipo de aplicação. Além disso, eles foram os primeiros a demonstrar resfriamento usando uma “transição permitida por dipolo elétrico” em cristais dopados com cromo, um avanço técnico significativo na área.

“Os impactos desta descoberta para o Brasil e o mundo são imensos. Para o meio ambiente e sustentabilidade, a tecnologia contribui diretamente para o ODS 7 (Energia Limpa e Acessível) e ODS 13 (Ação contra a Mudança Global do Clima), pode reduzir drasticamente o consumo de energia em refrigeração, que representa cerca de 20% do consumo elétrico mundial, e elimina a necessidade de gases refrigerantes, muitos dos quais são potentes gases de efeito estufa”, ressalta Silva.

Aplicação prática do estudo

O estudo foi conduzido por uma equipe multidisciplinar e internacional composta por pesquisadores da UEMS (Dr. Junior Reis Silva, Dr. Luis Humberto da Cunha Andrade e Dr. Sandro Marcio Lima, do PGRN/CERNA), da Universidade Estadual de Maringá (Dr. Antônio Carlos Bento, do Departamento de Física da UEM), do Instituto de Física de São Carlos, vinculado à Universidade de São Paulo (Dr. Tomaz Catunda, IFSC/USP) e da Universidade de Michigan, nos EUA (Dr. Stephen Colby Rand, da Divisão de Física Aplicada).

Do ponto de vista econômico, o mercado global de refrigeração movimenta trilhões de dólares anualmente, tecnologias mais eficientes podem reduzir custos operacionais e representam uma oportunidade para o Brasil desenvolver tecnologia de ponta nesta área. As aplicações futuras são promissoras e diversificadas. Na área de eletrônicos, a tecnologia pode ser usada para resfriamento de processadores e componentes sensíveis.

Na medicina, pode revolucionar sistemas de refrigeração para equipamentos médicos e armazenamento de medicamentos. A indústria espacial pode se beneficiar com refrigeração em satélites e equipamentos espaciais, enquanto a computação quântica pode utilizar a tecnologia para resfriamento de componentes quânticos ultrassensíveis.

Embora ainda esteja em fase de pesquisa básica, a tecnologia demonstra grande potencial. Os pesquisadores continuam trabalhando para aumentar a eficiência do processo, desenvolver materiais com menor absorção das partes indesejáveis (que geram perdas ao sistema) e explorar aplicações práticas da tecnologia.

A pesquisa foi financiada por agências de fomento brasileiras (CAPES e CNPq) e contou com apoio da Fundação de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul (FUNDECT-MS), demonstrando a importância do investimento público em ciência e tecnologia.