Os Phase Change Materials (PCMs), ou Materiais de Mudança de Fase (em português), são substâncias que absorvem, armazenam e libertam grandes quantidades de calor latente durante uma mudança do seu estado físico — normalmente entre sólido e líquido — a uma temperatura quase constante.
Popularidade a nível mundial
De acordo com o portal Trends da Google, a expressão "phase change materials" encontra-se com tendência de interesse cíclico estável de 2004 a 2021, tendo escalado de importância desde então, atingindo o pico máximo de interesse em 2023.
Do ponto de vista geográfico, há uma cobertura mundial generalizada, mas o tema é liderado no interesse por nações do continente europeu, liderado pela Alemanha (100); seguindo-se Áustria (53); Suiça (53); Bielorrúsia (37); e Luxemburgo (27). Neste particular, o Brasil totaliza apenas <1 pontos de interesse, e Portugal pontua 2.
Popularidade em investigação
O número de publicações científicas publicada por ano no tema de "Phase Change Materials" tem tido tendência crescente em todo o período considerado (2000-2004), tendo acelerado a partir de 2020. No ano de 2024 foram publicadas mais de 278 mil artigos científicos sobre o tema.
No período considerado, s áreas que mais publicaram sobre "Phase Change Materials" são a Ciência dos materiais com mais de 673 mil publicações, seguindo-se a área da Química com bastante menos publicações, um total de 394 559. Seguem-se, de perto, com totais na superiores da 300 mil publicações, as áreas da Bioquímica, Genética e Biologia Molecular, a Engenharia Química, e a área genérica de Engenharia.
De acordo com o Google Scholar, os três artigos mais relevantes na área são todos eles artigos de revisão e situam-se no período de 2012-2017. São eles:
O artigo de revisão intitulado "
A review on phase change material application in building” (Cui et al., 2017) analisa o uso de materiais de mudança de fase (PCMs) em edifícios, salientando o seu potencial para armazenar calor latente e estabilizar a temperatura interior em intervalos térmicos estreitos. São discutidas as principais propriedades termo-físicas destes materiais — como o calor latente, a condutividade térmica e a estabilidade ao longo de múltiplos ciclos — bem como os desafios técnicos da sua integração nas estruturas construtivas. O estudo revê várias formas de incorporação dos PCMs em elementos como paredes, tetos, pavimentos e fachadas, avaliando o impacto no conforto térmico e na eficiência energética dos edifícios. Por fim, identifica limitações atuais, como a baixa condutividade térmica, o custo, a durabilidade e a compatibilidade com materiais de construção, apontando direções de investigação futura para superar estes constrangimentos.
O artigo “
A review on effect of phase change material encapsulation” (Salunkhe et al., 2012) faz uma revisão detalhada do efeito da encapsulação de materiais de mudança de fase (PCMs) no desempenho de sistemas de armazenamento térmico (TESS), explorando como diferentes técnicas de encapsulação influenciam a transferência de calor e a eficiência energética.Analisa os métodos de encapsulação (por exemplo, microencapsulação, macro-encapsulação, contêineres etc.) e discute o impacto dessas técnicas nas propriedades térmicas como a condutividade e a estabilidade ao longo de ciclos de carga/descarga. Finalmente, apontam-se os desafios que persistem, especialmente a optimização do design de encapsulação, a compatibilidade com materiais de construção e a durabilidade dos sistemas de armazenamento.
O artigo “
The Science and Technology of Phase Change Materials” (Wuttig, et al., 2012) explora em profundidade os materiais de mudança de fase (PCMs), destacando a sua dualidade entre estados amorfo e cristalino e como essa transição permite funcionalidades úteis em armazenamento de dados e fotónica. Analisa os mecanismos de ligação atómica e estruturas eletrónicas que explicam as diferenças nas propriedades físicas entre os dois estados, tais como condutividade, densidade e estabilidade térmica. Por fim, o artigo antecipa desafios como o desgaste por ciclos repetidos, o controlo preciso da transição e a escala nanométrica para integração em dispositivos.
Popularidade em patentes
Os dados mundiais de patentes disponibilizados pelo Google Patentes, e organizados por triénios, mostram um perfil irregular, ausente de 1977-1988 a 1995-1998, e que cresceu desde o início dos anos 2000. O máximo foi atingido no triénio 2016-2019.
A lista dos cinco maiores proprietários individuais de patentes em phase change materials contempla posições diferentes, entre 1.4 % e 7.0 % do total, e uma considerável cobertura geográfica. O maior proprietário individual é a sul-coreana Samsung Electronics Co., Ltd., seguindo-se com 4.1% a empresa norte-americana IBM; seguem-se a empresa taiwanesa Macronix International Co., Ltd.; e as norte-americanas Micro Technology Inc e Intel Corporation.
- Samsung Electronics Co., Ltd. 7.0%
- International Business Machines Corporation 4.1%
- Macronix International Co., Ltd. 2.5%
- Micron Technology, Inc. 1.5%
- Intel Corporation 1.4%
Imagem: Patente
US7790110B2 | Centrifugal force-based microfluidic device for blood chemistry analysis
Perspetivas de mercado
O mercado de 'phase change materials' está avaliado em 628 milhões de dólares em 2024 e a projeção é que atinja os 1,383 mil milhões de dólares até 2029, crescendo a uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 17,1% entre 2024 e 2029. Estes materiais são utilizados pela sua capacidade única de armazenar e libertar grandes quantidades de energia térmica durante as transições de fase, como a fusão e a solidificação. Essa propriedade permite-lhes regular as temperaturas de forma eficaz em diversas aplicações, desde a gestão térmica em edifícios e construção, AVAC, cadeia de frio e embalagens, armazenamento de energia térmica, refrigeração e equipamentos, têxteis e eletrónica até ao controlo da temperatura noutras aplicações.
Os materiais de mudança de fase estão a surgir como uma solução inteligente para a deslocação de picos de carga em diversos setores. Ao aproveitar a capacidade única dos materiais de mudança de fase de absorver e libertar grandes quantidades de energia térmica durante as transições de fase, as empresas podem otimizar os padrões de consumo de energia. Esta tecnologia permite o armazenamento do excesso de energia fora das horas de ponta, quando as tarifas de eletricidade são menores, e a libertação durante os períodos de pico de procura, reduzindo assim a dependência da eletricidade cara na hora de ponta. A implementação de estratégias de deslocamento de carga de pico baseadas em PCM aumenta a eficiência operacional, minimiza os custos de energia« e contribui para um ecossistema energético mais sustentável, alinhado com os objetivos de resultados das empresas e com as iniciativas de gestão ambiental.
As empresas líderes neste mercado incluem fabricantes de materiais de mudança de fase bem estabelecidos. Estas empresas estão no mercado há algum tempo e possuem uma vasta gama de produtos, tecnologias pioneiras e fortes redes internacionais de vendas e marketing. As principais empresas neste mercado incluem Honeywell International Inc. (EUA), DuPont de Nemours, Inc. (EUA), Croda International Plc (Reino Unido), Boyd Corporation (EUA), Sasol Limited (África do Sul), Outlast Technologies LLC (EUA), Climator Sweden AB (Suécia), Rubitherm Technologies GmbH (Alemanha), PureTemp LLC (EUA) e Phase Change Solutions (EUA).
Fonte: Markets and Markets
