Asómate a las fachadas del futuro: este material inteligente cambia entre calefacción y refrigeración en un minuto

La experiencia de volver a entrar en un coche que ha estado expuesto varias al sol en un caluroso mediodía de verano da buena cuenta de la capacidad del vidrio para dejar entrar la luz del sol, y la dificultad para que el calor salga de entre sus fauces.

Un grupo de ingenieros de la Universidad de Duke ha dado un paso de gigante para la ciencia de materiales, desarrollando una tecnología inteligente similar a una ventana y capaz de alternar entre calefacción y refrigeración. 

El descubrimiento se trata tecnología electrocrómica, material que cambia de color u opacidad cuando se aplica electricidad, y se describe en este artículo publicado en la revista American Chemical Society Energy Letters.

"Hemos demostrado el primer dispositivo electrocrómico que puede cambiar entre calentamiento solar y enfriamiento radiativo", relata Po-Chun Hsu, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en Duke. Uno de sus principales rasgos diferenciales es que puede ajustarse continuamente. 

Pasar de calefacción a refrigeración pulsando un interruptor

La creación es un dispositivo delgado que interactúa con la luz visible y también el calor radiativo de la luz del infrarrojo medio. La tecnología interactúa con ambos espectros de luz mientras cambia entre los modos pasivo de calentamiento y enfriamiento. 

En el modo de calefacción, el dispositivo se oscurece para absorber la luz solar y evitar que se escape la luz infrarroja media. 

En el modo de enfriamiento, la capa oscura similar a una ventana se aclara, revelando simultáneamente un espejo que refleja la luz solar y permite que la luz infrarroja media de detrás del dispositivo se disipe.

El espejo no es transparente a la luz, por lo que no reemplazaría a las ventanas de oficinas y hogares, pero podría aplicarse a otras superficies. 

Para diseñar el dispositivo los investigadores tuvieron que solventar varios escollos.

El primero era encontrar materiales conductores capaces de llevar la electricidad y ser transparentes tanto a la luz visible como a la radiación térmica. La mayor parte de metales, grafito y algunos óxidos, no se ajustan a los requisitos, por lo que crearon su propio material.

Lo lograron con una capa de grafeno de un átomo de espesor, demasiado delgada para reflejar o absorber cualquier tipo de luz y sobre la que se añadió una delgada rejilla de oro para actuar como autopista de la electricidad. 

Otro de los desafíos fue diseñar un material que pudiera ir entre las dos capas de electrodos y alternar entre absorber luz y calor o permitirles pasar: para ello utilizaron nanopartículas aleatoriamente distribuidas en grupos, y que pueden interactuar con una amplia gama de longitudes de onda. Así, atrapan la luz solar de forma eficaz. 

La demostración se realizó con óptimos resultados: la transición entre el estado frío y el caliente solamente tarda en completarse uno o dos minutos. 

Ahora, los ingenieros quieren aumentar la cantidad de veces que las nanopartículas pueden alternar entre calefacción y refrigeración, ya que el prototipo inicial únicamente pudo realizar unas 24 transiciones antes de perder eficacia. También desean mejorar la reflectividad solar del modo de enfriamiento. 

Una tecnología ideal para edificios pasivos

El descubrimiento puede dar alas a la mejora de la eficiencia energética: el material inteligente podría formar parte de techos y paredes exteriores de edificios para calentarlos y enfriarlos, reduciendo con creces la factura eléctrica.

También puede reducir la huella de carbono al sustituir materiales de construcción ligados a una elevada cifra de emisiones, como el cemento. 

El responsable del estudio sueña con que su tecnología se convierta en una "fachada para que los edificios lse calienten y enfríen pasivamente, reduciendo en gran medida la cantidad de energía que nuestros sistemas tienen que consumir". Sus primeros pasos son prometedores.