El paradigma de cómo se calientan o se refrigeran hogares e industria debe cambiar y los hallazgos de estos químicos españoles van a ser cruciales

El planeta se ahoga y el Viejo Continente quiere dar respuesta.

El Consejo de la Unión Europea y el Parlamento Europeo alcanzaron un acuerdo en octubre del año pasado para reformar el reglamento de gases fluorados, los gases que se utilizan normalmente en sistemas de refrigeración y que contribuyen al cambio climático. El nuevo texto garantiza su práctica erradicación para 2050.

También a finales de 2023 las mismas instituciones sentaron las bases para la futura renovación de una directiva sobre eficiencia energética en edificios. Entre sus intenciones está que para 2040 hayan desaparecido las calderas que utilizan combustibles fósiles en todo el parqué de vivienda de los Veintisiete.

Pero la pregunta es evidente. ¿Cuál es la alternativa?

Las respuestas son múltiples, pero un grupo de químicos españoles que trabajan en el Centro Interdisciplinar de Química e Bioloxía de la Universidade da Coruña, el CICA-UDC, está protagonizando descubrimientos importantísimos que ayudarán a cambiar el paradigma con el que el mundo calienta y refrigera sus hogares, sus grandes superficies, su industria…

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El último de sus hallazgos se publicó a mediados de diciembre en una de las revistas académicas más prestigiosas del mundo, Advanced Materials. Se trata de la propiedad respiro-calórica de un material, un armazón metálico-orgánico conocido como el MOF-508b. El mismo grupo ya identificó propiedades respiro-calóricas en otro material, el MIL-53(Al), en otro paper publicado en 2022.

El jienense Juan Manuel Bermúdez es uno de los integrantes de este grupo de investigación coruñés. En este último caso, completan el plantel la catedrática y desde hace meses académica de la Real Academia de Ciencias, María Antonia Señarís, los profesores Manuel Sánchez Andújar y Socorro Castro, y los investigadores posdoctorales María Gelpi y Javier García Ben.

Bermúdez es el que explica a Business Insider España la relevancia de estas propiedades respiro-calóricas en el material MOF-508b, un material que ya fue descubierto hace unos lustros pero del que se desconocían sus propiedades respiro-calóricas.

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El término respiro-calórico, explica Bermúdez, se refiere a que los materiales se "inflan" al inhalar CO₂ y se "desinflan" al exhalarlo, de un modo similar a los pulmones humanos. "Este mecanismo de re-estructuración se llama mecanismo de respiración y hemos visto que genera grandes cambios térmicos o de temperatura, de ahí lo de calórico".

La comunidad científica lleva lustros tratando de sustituir los gases contaminantes fluorados, y una vía para lograrlo es desarrollar nuevos materiales que en lugar de ser gaseosos sean sólidos, como el MOF-508b. "Algunos materiales sólidos funcionarán mediante presión mecánica, por ejemplo mediante un pistón, con aceite o con nitrógeno", desarrolla Bermúdez.

Otros, por el contrario, "funcionan mediante presurización con CO₂". El tema es que "hasta ahora todos los estudios se habían hecho a nivel científico y solo se registraba la liberación de calor que generaba ese material". Se contaba con un sensor de calor que registraba las unidades de energía, en julio/gramo, por ejemplo.

El equipo de químicos habló con diversas empresas de refrigeración y calefacción. Las compañías ya veían en estos avances científicos un gran potencial, pero necesitaban más datos. "Necesitaban saber no solamente cuál era esa liberación y absorción de calor, sino hasta qué temperatura se podía enfriar o calentar el material".

Esos datos no figuraban hasta entonces en la literatura científica porque no existía un dispositivo que se hubiera parado a medir esos cambios de temperatura. "Siguiendo las necesidades del mercado y los consejos de muchas de estas empresas, muchas de ellas multinacionales, nos decidimos a fabricar este dispositivo".

Con él, los químicos de la UDC pueden registrar "de manera directa" no solo "ese cambio de calor en unidades de energía", sino también cuáles son esos "cambios de temperatura".

Galicia financiará con 433.000 euros estos nuevos desarrollos para tratar de llevarlos al mercado lo antes posible

Gracias al dispositivo que creó el equipo de químicos de la UDC, se ha podido comprobar cómo es la propiedad respiro-calórica de algunos armazones como el MIL-53(Al) —cuya investigación se publicó en 2022 en la revista Chemistry of Materials— o ahora en el MOF-508b, cuyo paper se publicó a finales del año pasado en Advanced Materials.

"Este nuevo material presenta una capacidad de calefacción y refrigeración un 40% superior al MIL-53(Al)", abundaba Bermúdez en conversación con Business Insider España. 

"Hemos observado cambios de temperatura muy superiores a los esperados, donde el MOF-508b es capaz de calentar hasta +56 grados centígrados y de enfriar hasta -10 grados centígrados utilizando presiones de CO₂ de tan solo 26 bar, presiones similares a las de cualquier bomba de calor, nevera o aparato de aire acondicionado", incidía.

El CO₂ es uno de los refrigerantes menos contaminantes y más seguros del mercado, pero necesita de grandes presiones de trabajo, por encima de los 150 bar, lo que hace que muchas instalaciones de refrigeración por CO₂ se reserven a grandes instalaciones como supermercados, muy demandantes de frío. Además, son instalaciones no aptas para climas cálidos.

Con el MOL-508b y sus propiedades respiro-calóricas se abre un mundo de posibilidades. "Es un descubrimiento que pretende impulsar el uso del CO₂ en el sector de la refrigeración y de la calefacción, reutilizando un residuo muy habitual y transformándolo en un recurso de alto valor añadido, favoreciendo así la economía circular de carbono".

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"Hasta ahora imagínate: tener una nevera o una bomba de calor dentro de casa que funcione a 150 bar pone en riesgo al usuario. Bajar de esos 150 bar que se utiliza en grandes superficies a 26 bar, que es la presión que usa una nevera, es conseguir tener presiones más seguras para domicilios".

Es un hallazgo científico revelador, pero la pregunta es cómo y cuándo podría llegar al mercado. la Axencia Galega de Innovación, por su parte, ha anunciado que financiará con 433.000 euros el proyecto a través del Programa Ignicia Prueba de Concepto. 

"Queremos explorar nichos de mercado y ver dónde nuestro material puede aportar el mayor beneficio: centros de datos en los que se necesiten ingentes cantidades de refrigeración, neveras o aparatos de aire acondicionado, supermercados... Pero también el sector biosanitario, para refrigerar vacunas o medicamentos".

"Nos sentimos particularmente orgullosos de que esta sea una tecnología desarrollada 100% en España y en Galicia. El descubrimiento sobre las propiedades térmicas se logró aquí en la Universidade de A Coruña", incide Bermúdez, que ya hizo su tesis doctoral en 2017 sobre materiales sólidos que pudieran refrigerar o calentar.

De hecho, uno de los primeros hitos llegó en 2017 cuando encontraron un material que trabajaba con presiones de 70 bar. "Pero era un material que refrigeraba muy poquito. Con 70 bar a lo mejor refrigeraba entre 2 y 5 grados centígrados. Si estaba a 60 grados la temperatura podía bajar hasta 58".

Siguiendo esa línea de investigación se ha conseguido llegar "a estos materiales donde en lugar de enfriar de 60 grados centígrados a 58 se consigue enfriar desde 25 grados centígrados a menos 10 grados centígrados, y todo esto en muy poquitos años". "Es una línea de investigación que surgió en A Coruña".

La historia personal detrás del descubrimiento: el homenaje a Juan Manuel Bermúdez padre

Una línea de investigación que nace en A Coruña cuando el propio Bermúdez llega allí y hace su tesis doctoral, coordinada por la catedrática y desde hace meses académica de la Real Academia de Ciencias, María Antonia Señarís. Juan Manuel llegó a Galicia a hacer un máster desde Granada, donde se licenció. Él es de La Carolina, un pueblo de Jaén de unos 15.000 habitantes.

Juan Manuel Bermúdez tuvo una estancia en la Universidad de Cambridge y ha logrado volver a España para seguir investigando y contribuyendo desde A Coruña. Él, químico, siempre ha contado con el apoyo familiar para emprender su carrera. En especial, de su padre, que falleció hace unos meses en esa pequeña villa cercana a la ciudad de Linares.

De hecho, el artículo que la Universidade de A Coruña ha publicado en torno a las propiedades respiro-calóricas del MOF-508b aparece dedicado a Juan Mauel Bermúdez Rubí, su padre. "En memoria de Juan Manuel Bermúdez Rubí, que siempre compartió con alegría su pasión y conocimiento sobre diseños mecánicos e invenciones".

Juan Manuel Bermúdez hijo, el químico que coprotagoniza el hallazgo de las propiedades respiro-calóricas del armazón metal-orgánico MOF-508b, no puede evitar emocionarse al recordar a su padre. "Era uno de esos ingenieros de vieja escuela", contaba a este medio.

"Sin titulación universitaria, pero con una amplia experiencia en el campo de la metalurgia. En sus últimos días, desde su cama de hospital, conversábamos con ilusión sobre este descubrimiento y, sobre todo, acerca del desarrollo del nuevo dispositivo tecnológico para medir temperatura en estos materiales", relataba el investigador.

Juan Manuel Bermúdez Rubí, es decir, Juan Manuel Bermúdez padre, fue diagnosticado con cáncer y falleció al cabo de dos semanas. "Fue muy intenso. Lo bueno es que pudimos estar todos arropándonos en familia". Su hija, la nieta del Juan Manuel Bermúdez siderúrgico, pudo estar con su abuelo.

"Él hacía piezas para vehículos, para coches, lo que manejaba era metales, aleaciones, grosores, métricas de tuercas... Cosas mecánicas. Cuando le conté que habíamos hecho este nuevo dispositivo [que ayuda a medir los cambios de temperatura en estos materiales] y le enseñaba las fotos, parecía que por primera vez nos entendíamos en el ámbito laboral".

Hasta entonces, Juan Manuel Bermúdez García hablaba con su padre de matraces, fórmulas químicas y propiedades. "Siempre me prestaba atención, pero le costaba más trabajo entenderme. Cuando cambiaba a su sector se le veía ese brillo en los ojos de ilusión". En el hospital, padre e hijo pudieron compartir bocetos, imágenes, esquemas y piezas.

"Siempre aportaba ideas. Mi padre, en aquellas conversaciones, me daba consejos, que por qué no usábamos esta métrica, este diámetro o un grosor determinado...". "Este nuevo avance estaba escrito en su idioma: en el idioma de las tuercas, las tuberías y los cables".

Por esa razón, el resto de equipo de químicos de A Coruña estuvo encantado con la idea de recoger una dedicatoria a Juan Manuel Bermúdez padre, el jienense que a más de 800 kilómetros de distancia seguía con pasión el descubrimiento de su hijo y aportaba ideas.

"Desde pequeño, mi padre siempre me transmitió su pasión y su conocimiento acerca de los diseños mecánicos e invenciones que siempre andaba realizando en su trabajo. Así que hoy estoy profundamente agradecido y orgulloso de poder preservar esa misma pasión, la cual trataré de transmitir también a mi hija", resume Bermúdez.

"Con tan solo dos añitos ella ya anda jugando con martillos y herramientas sin saber que, quizá algún día, eso le ayude a hacer un pequeño cambio en el mundo gracias a su abuelo".