Mas os próprios aparelhos de ar condicionado produzem calor suficiente para aumentar a temperatura urbana de forma mensurável, e também libertam gases com efeito de estufa altamente potentes. Além disso, esses bilhões de novas unidades consumidoras de energia criarão uma das maiores fontes de aumento da demanda de eletricidade em todo o mundo.
Sem grandes melhorias, a demanda de energia de resfriamento também triplicará, atingindo 6.200 terawatt-horas até 2050-ou quase um quarto do consumo total de eletricidade do mundo hoje.
Embora a magnitude dos crescentes desafios, tem havido relativamente pouco financiamento fluindo para o setor, e poucos avanços notáveis em produtos no mercado. Além dos lentos ganhos de eficiência, a tecnologia básica funciona muito como quando foi introduzida há quase um século.
“O fato de que o uso de CA de janela continua a aumentar enquanto o produto parece e funciona em grande parte como há décadas fala por si”, diz Vince Romanin, executivo-chefe da Treau, uma empresa de resfriamento furtivo com sede em São Francisco, desenvolvendo um novo tipo de bomba de calor. “Acho que muita gente está entusiasmada com algo novo aqui, mas só houve progresso incremental”
Têm havido melhorias muito maiores nos custos e no desempenho de outras tecnologias energéticas nas últimas décadas – como painéis solares, baterias e veículos elétricos – impulsionados por políticas públicas, esforços dedicados de pesquisa e crescente demanda por alternativas mais limpas. Treau é um dos vários grupos de pesquisa e startups que tentam agora várias maneiras de alcançar avanços semelhantes para a refrigeração.
Mas mesmo que o estoque global de unidades AC se torne muito mais eficiente, os saltos projetados no uso são tão grandes que a demanda global de eletricidade ainda irá disparar. Isso vai complicar a já assombrosa tarefa de limpeza dos setores de energia elétrica do mundo. Isso significa que as nações não precisam apenas renovar a infraestrutura elétrica existente; elas têm que construir sistemas muito maiores do que já existiram – e fazer tudo isso com fontes livres de carbono.
Bilhões de novos aparelhos de ar condicionado
O resfriamento permanente dos grandes volumes de ar quente que enchem casas, escritórios e fábricas é, e sempre será, um enorme guzzler de energia.
O problema não é apenas que mais aparelhos de ar condicionado precisarão de cada vez mais eletricidade para alimentá-los. É também que eles vão aumentar particularmente a quantidade necessária durante as horas de pico, quando as temperaturas estão realmente a assar e todos estão a ligar o ar condicionado ao mesmo tempo. Isso significa que precisamos de construir sistemas eléctricos em excesso para satisfazer níveis de procura que podem ocorrer apenas durante algumas horas de alguns dias por ano.
No Condado de Los Angeles, o aumento das temperaturas combinado com o crescimento da população pode aumentar a procura de electricidade durante as horas de pico de Verão até 51% em 2060 num cenário de altas emissões, de acordo com um estudo de Energia Aplicada de 2019 realizado por investigadores no Estado do Arizona e na Universidade da Califórnia, Los Angeles.
Isso soma cerca de 6,5 gigawatts adicionais que os operadores de rede precisariam ser capazes de trazer on-line de uma só vez, ou a produção instantânea de quase 20 milhões de painéis solares de 300 watts em um dia ensolarado.
E isso é apenas para um dos 58 condados da Califórnia. O mundo verá aumentos muito maiores na demanda de ar condicionado em nações onde a classe média está se expandindo rapidamente e onde as ondas de calor se tornarão mais comuns e severas. Notavelmente, a AIE projeta que a Índia instalará mais 1,1 bilhão de unidades até 2050, elevando a parte de CA no pico da demanda de eletricidade da nação de 10% para 45%.
Limpeza da rede
A correção mais crucial precisa ocorrer fora da indústria de CA. A transição da rede elétrica como um todo para uma maior utilização de fontes de energia limpa, como a solar e eólica, reduzirá continuamente as emissões indiretas de gases de efeito estufa da energia usada para alimentar unidades de ar condicionado.
Além disso, o desenvolvimento de redes cada vez mais inteligentes poderia ajudar os sistemas de eletricidade a lidar com as tensões de pico da demanda de CA. Isso implica adicionar sensores, sistemas de controle e software que podem reduzir automaticamente o uso à medida que a temperatura exterior diminui, quando as pessoas deixam espaços por longos períodos, ou quando a demanda começa a bater contra a geração disponível.
O mundo também pode reduzir as emissões diretas da CA mudando para refrigerantes alternativos, os compostos críticos dentro dos dispositivos de resfriamento que absorvem o calor do ar. Os fabricantes têm confiado amplamente nos hidrofluorocarbonos, que são gases de efeito estufa altamente potentes que podem vazar durante a fabricação e reparo ou no final da vida útil de uma unidade. Mas sob uma emenda ao Protocolo de Montreal em 2016, as empresas e os países devem cada vez mais mudar para opções com menor impacto de aquecimento, como uma classe de compostos promissores conhecidos como HFOs, certos hidrocarbonetos como propano e até mesmo dióxido de carbono (que pelo menos tem menos efeito de aquecimento do que os refrigerantes existentes).
Refrigerantes alternativos poderiam reduzir as emissões em cerca de 50 bilhões de toneladas de dióxido de carbono nas próximas décadas, de acordo com a estimativa de alta qualidade de uma análise do Project Drawdown. (O mundo emitiu quase 37 bilhões de toneladas no ano passado, de acordo com o Projeto Carbono Global).)
Há também formas claras de aliviar as cargas elétricas necessárias para o resfriamento de edifícios, incluindo a adição de isolamento, vedação de vazamentos de ar, instalação de revestimentos de janelas ou filmes e aplicação de cores ou materiais reflexivos nos telhados. Criar tais “cool roofs” em 80% dos edifícios comerciais do país poderia reduzir o uso anual de energia em mais de 10 terawatt-hora e economizar mais de $700 milhões, de acordo com um estudo anterior do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.
Anular a “crise do frio”
Mas, finalmente, o número crescente de unidades AC operando em casas e edifícios ao redor do mundo precisa se tornar muito mais eficiente energeticamente para evitar o que é conhecido como a “crise do frio”
Uma das ferramentas mais poderosas para trazer essas melhorias é a política pública. A AIE observa que a melhor tecnologia disponível é mais do dobro da média do que está realmente em uso no mundo e três vezes melhor do que os produtos mais ineficientes do mercado.
O problema é que a maioria das pessoas e empresas não vão pagar muito mais por sistemas mais eficientes apenas para ajudar a atingir as metas climáticas globais, particularmente nas partes pobres do mundo. Mas com mandatos, incentivos ou subsídios, as nações podem ajudar a garantir que mais unidades sendo produzidas e vendidas sejam modelos de maior eficiência.
O aumento projetado no uso de energia relacionada ao resfriamento encolhe 45% até meados do século no cenário da AIE que inclui tais políticas (e não assume nenhum avanço tecnológico).
A demanda de energia CA ainda saltaria cerca de 70% maior até meados do século. Isso é melhor que triplicar. Mas conseguir ganhos adicionais significativos poderia exigir mudanças mais radicais.
Mudanças radicais
Um número de startups está tentando empurrar as coisas ainda mais.
Transaera, cofundada pelo professor de energia do MIT Mircea Dincă, está tentando melhorar significativamente a eficiência, abordando a umidade do ar como um passo à parte.
Além de arrefecer o ar ambiente, as unidades AC convencionais têm de dedicar enormes quantidades de energia para lidar com este vapor de água, que retém calor considerável e o faz sentir-se muito mais desconfortável. Isso requer baixar a temperatura muito além do que o mostrador indica, a fim de converter o vapor em um líquido e removê-lo do ar.
“É incrivelmente ineficiente”, diz Dincă. “É muita energia, e é desnecessária”
A abordagem daTransaera depende de uma classe de materiais altamente porosos conhecidos como estruturas metal-orgânicas que podem ser personalizadas para capturar e se agarrar a compostos específicos, incluindo água. A empresa desenvolveu um acessório para sistemas de ar condicionado que utiliza esses materiais para reduzir a umidade no ar antes de entrar em uma unidade padrão. Ele estima que pode melhorar a eficiência energética geral em mais de 25%.
Transaera é finalista do Global Cooling Prize de US$ 3 milhões, um concurso projetado para acelerar os avanços no ar condicionado para reduzir os impactos climáticos. A empresa está atualmente testando protótipos na Índia em parceria com uma divisão do gigante chinês de eletrodomésticos Haier.
Meanwhile, SkyCool Systems of Mountain View, California, desenvolveu essencialmente espelhos de alta tecnologia que podem lançar calor nas extensões frias do espaço, tirando vantagem de um fenômeno natural conhecido como resfriamento radiativo.
Os materiais são projetados para emitir radiação em uma faixa estreita do espectro da luz que pode passar por moléculas de água e outros compostos atmosféricos que de outra forma irradiam calor de volta ao planeta.
Colocados em telhados, os materiais podem substituir ou aumentar os sistemas tradicionais de resfriamento de edifícios. A empresa estima que a tecnologia pode reduzir a energia utilizada para refrigerar estruturas em 10 a 70%, dependendo da configuração e do clima. A SkyCool está em processo de instalação dos materiais em seu quarto local comercial.
Outras partidas estão explorando idéias como bombas de calor geotérmicas, tecnologia de estado sólido que evita a necessidade de gases refrigerantes, e novas voltas no resfriamento evaporativo, que geralmente depende de almofadas embebidas em água para reduzir a temperatura do ar.
A boa notícia é que algum dinheiro está começando a fluir para o aquecimento, ventilação e ar condicionado. A empresa de pesquisa CB Insights rastreou apenas oito acordos de financiamento no valor de quase US$ 40 milhões em 2015, mas 35 totalizando cerca de US$ 350 milhões no ano passado. (Isso inclui empréstimos, investimentos de capital de risco e aquisições.) E já houve 39 negócios no valor de cerca de $200 milhões este ano.
Mas a má notícia é que o nível de financiamento aumentado é minúsculo em comparação com as dezenas de bilhões que estão sendo investidos em outros setores de energia e tecnologia – e minúsculo em relação à escala dos problemas que estão por vir.
Esta história foi atualizada para adicionar informações atuais sobre SkyCool Systems, e corrigir a cidade na qual está agora baseada.
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