Es una paradoja climática. Cada vez que encendemos los aparatos de aire acondicionado de nuestros hogares contribuimos a un mayor gasto energético y emisiones de CO2 que, en última instancia, acaban contribuyendo al calentamiento global. El año pasado un grupo de investigadores sacó la calculadora para estimar cuánto exactamente y concluyó que el aire acondicionado es responsable de la emisión de cerca de 1.950 millones de toneladas de dióxido de carbono anuales, casi el 4% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.
En China están convencidos de que hay otra forma de aclimatar nuestros edificios, una que, aseguran, mejora la eficiencia energética y ayuda a combatir el cambio climática. ¿Cuál? Incorporar a nuestras casas una peculiar cerámica refrigerante.
Objetivo: una mejor refrigeración. Esa es la ambiciosa meta que se ha planteado un grupo de investigadores de la City University of Hong Kong (CityU) entre los que se incluyen los profesores Edwin Tso Chi-yan y Wang Zuankai. En lo que han estado trabajando básicamente es un material PRC —siglas en inglés de "enfriamiento radiativo pasivo"— que haga posible que un objeto alcance una temperatura inferior a los valores ambientales de su entorno.
El resultado es una cerámica especial que —reivindican sus creadores— consigue refrigerar sin necesidad de energía o sustancias especiales. Cómo y en qué medida acaban de explicarlo en detalle en un artículo de Science. "Consigue propiedades ópticas avanzadas y ofrece al mismo tiempo una sólida aplicabilidad", zanja Tso.
Aplicación de la cerámica en la envolvente y la cubierta de varias construcciones.
Más allá del color. El equipo de CityU no es ni mucho menos el primero en perseguir ese objetivo. Desde hace años el equipo del profesor Xiulin Ruan, de la Universidad de Purdue (EEUU), trabaja en una pintura superblanca, dotada de una extraordinaria capacidad de reflexión de la luz solar, de más del 98%, que le permita reflejarla lejos de los edificios y mantener frescos los espacios situados bajo su superficie. En CityU han querido ir varios pasos más allá, centrándose tanto en las propiedades del color como en la estructura del material.
Alúmina y escarabajos. Suena a una mezcla extraña, pero ambos elementos desempeñan un papel importante en la cerámica desarrollada por la universidad. Para lograr su objetivo los expertos se han centrado en dos grandes frentes, o más bien las propiedades ópticas en dos rangos de longitud de onda: solar e infrarrojo medio. "Una refrigeración eficiente requiere una alta reflectividad en el primero para minimizar la ganancia de calor solar y una alta emisividad en el último rango para maximizar la disipación del calor radiativo", comentan los expertos.
Para su propósito han echado mano de dos recursos peculiares: la alúmina, que es el óxido del aluminio y uno de los ingredientes más importantes en la constitución de las arcillas; y los Cyphochilus, un género de escarabajos que suelen habitar en el Sudeste Asiático y destacan por su coraza blanca y brillante. La primera explica el carácter poroso de la cerámica y le ayuda a recudir la absorción solar. El ejemplo de la segunda, a dispersar de forma eficaz la longitud de onda de luz solar.
Muestras de cerámica con diferentes formas y patrones.
Cerámica coloreada para adaptarse a las necesidades estéticas.
Por encima del 95%. Esos son los porcentajes de los que presumen los profesores Tso, Zuankai y el resto de su equipo. "Al imitar la bioblancura del Cyphochilusy optimizar la estructura porosa basándose en la dispersión de Mie, la cerámica de refrigeración dispersa de forma eficaz casi toda la longitud de onda de la luz solar, lo que da como resultado una reflectividad solar casi ideal del 99,6%", detalla la CityU: "También alcanza una elevada emisión térmica en el infrarrojo del 96,5%". Sus técnicos reivindican que el primer porcentaje representa "un récord de alta reflectividad solar" y que las propiedades ópticas de su cerámica superan las de los actuales materiales de construcción de última generación.
"La cerámica de refrigeración está hecha de alúmina, que proporciona la deseada degradación por resistencia a los rayos UV, que es una preocupación habitual de la mayoría de diseños de PRC basados en polímeros". A mayores, aseguran, le otorga una "extraordinaria resistencia al fuego" que le permite soportar más de 1.000º C y una resistencia que supera a la mayoría de materiales con polímeros y metales.
La nueva cerámica imita la "bioblancura" de los Cyphochilus.
Sacando pecho. La CityU no se queda ahí y sacan pecho con las otras ventajas de su cerámica refrigerante, al menos según sus propios ensayo, que mostrarían unos niveles de "durabilidad, versatilidad y rentabilidad" especialmente interesantes de cara a su expansión comercial. Los investigadores aseguran que su fabricación no requiere equipos ni materiales costosos y el resultado es una cerámica resistente, robusta y con resistencia mecánica, "ideal para aplicaciones en exteriores".
Su naturaleza reduce además el efecto Leidenfrost y permite un enfriamiento por evaporación eficiente. "Lo bueno de la cerámica refrigerante es que cumple con los requisitos tanto de RPC de alto rendimiento como de las aplicaciones en entornos reales", apostilla el profesor Tso. Para facilitar su implantación comercial, la nueva cerámica puede dotarse además de una doble capa y adoptar varios colores.
Menos energía, menos emisiones. Los sistemas de refrigeración que empleamos habitualmente en nuestros hogares tienen una importante factura energética y ambiental. Los cálculos publicados el año pasado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) y el Xerox PARC muestran que el aire acondicionado es responsable del equivalente a 1.950 millones de toneladas de CO2 anuales, el 3,94% de las emisiones de gases de efecto invernadero.
Si prospera y logra expandirse a nivel comercial, el trabajo de CityU podría variar esas cifras. "Nuestro experimento demostró que aplicando la cerámica refrigerante en el tejado de una casa se puede conseguir más de un 20% de electricidad para la refrigeración de espacios, lo que confirma el potencial de la cerámica refrigerante para reducir la dependencia de la gente de las estrategias de refrigeración activa y ofrece una solución sostenible para evitar la sobrecarga de la red, emisiones de gases de efecto invernadero e islas de calor urbanas", concluye Tso.
Imágenes: CityU
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