Nova tecnologia promete resfriar chips e datacenters sem consumir eletricidade

Pesquisadores da Alemanha e do Japão desenvolveram uma tecnologia de resfriamento em estado sólido capaz de reduzir temperaturas sem consumir eletricidade. O sistema utiliza o próprio calor residual produzido pelos equipamentos para gerar o efeito de refrigeração e, no futuro, poderá ajudar a reduzir o consumo energético de datacenters.

O projeto é resultado de uma colaboração entre o Karlsruhe Institute of Technology (KIT), na Alemanha, e a University of Tsukuba, no Japão. Os resultados foram publicados na revista científica Nature Energy e demonstram, em laboratório, que o conceito consegue efetivamente produzir resfriamento sem alimentação elétrica externa.

A abordagem é baseada no chamado resfriamento elastocalórico, que utiliza ligas com memória de forma. Esses materiais alteram sua temperatura quando submetidos a cargas e descargas mecânicas durante uma transição de fase.

Diferentemente dos sistemas convencionais de refrigeração por compressão, que utilizam eletricidade e fluidos refrigerantes, sistemas elastocalóricos podem explorar mudanças físicas do próprio material para produzir o efeito térmico. O problema é que implementações desse tipo tradicionalmente ainda dependem de eletricidade para acionar os mecanismos responsáveis por deformar as ligas.

A equipe do KIT e da University of Tsukuba buscou eliminar justamente essa dependência. Para isso, os pesquisadores desenvolveram um sistema miniaturizado capaz de aproveitar o calor residual produzido pelo próprio equipamento que precisa ser refrigerado — como um processador de computador.

O protótipo utiliza duas folhas extremamente finas de níquel-titânio, cada uma com uma função diferente. A primeira se contrai quando é aquecida, convertendo o calor recebido em movimento e, consequentemente, em energia mecânica. Na prática, essa folha funciona como o próprio atuador do sistema.

A energia mecânica gerada é então transferida para a segunda folha de níquel-titânio. Ela é submetida a ciclos de carga e descarga, provocando uma transição de fase no material responsável por produzir o efeito de resfriamento.

Com isso, o calor que normalmente seria apenas um problema para o equipamento passa a fazer parte do próprio mecanismo utilizado para resfriá-lo.

Nos experimentos de laboratório, o protótipo atingiu uma diferença de temperatura de 12,9 K no nível do filme refrigerante e de 4 K no dispositivo quando acionado por aquecimento Joule a 86 °C. Quando submetido a uma fonte externa de calor de 130 °C, o sistema ainda manteve uma diferença de temperatura de 2,2 K no nível do dispositivo.

Os números ainda são modestos para aplicações práticas em grande escala, mas demonstram que o princípio funciona. Segundo Yi-Ting Hsiau, doutorando do KIT e principal autor do estudo, o momento decisivo da pesquisa ocorreu quando a equipe conseguiu observar pela primeira vez um resfriamento mensurável produzido pelo sistema acionado por calor.

Com o conceito demonstrado, os pesquisadores pretendem construir unidades experimentais maiores e trabalhar na otimização da capacidade de refrigeração. A expectativa é avaliar se a tecnologia poderá evoluir para sistemas compactos capazes de aproveitar fontes abundantes de calor residual.

Uma eventual aplicação em datacenters é particularmente relevante diante da expansão da infraestrutura necessária para computação em nuvem e inteligência artificial. Além da eletricidade utilizada diretamente pelos servidores, essas instalações precisam gastar energia e, dependendo da arquitetura, grandes volumes de água para controlar a temperatura dos equipamentos.

A tecnologia ainda está em estágio inicial e não há indicação de que esteja pronta para substituir os sistemas de refrigeração utilizados atualmente em datacenters. Se puder ser ampliada de forma eficiente, porém, poderá contribuir para reduzir parte do consumo de energia e água associado ao resfriamento da infraestrutura computacional.