Investigadores del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y del Instituto de Ciencias Materiales de Madrid del CSIC (ICMM-CSIC) han desarrollado un nuevo material capaz de enfriar otro emitiendo radiación infrarroja, es decir, sin consumo energético.

Este material podría usarse en aquellos dispositivos en los que un aumento de la temperatura tiene efectos drásticos en su rendimiento, como paneles solares o sistemas informáticos como centros de datos, entre otras aplicaciones como la posible creación de ventanas inteligentes. Así, es capaz de eliminar el calor, enfriando la superficie en la que se coloca, sin consumo de energía ni emisiones de gases de ningún tipo.

Una de las ventajas de esta investigación, cuyos resultados se han publicado en Small, es la necesidad de consumir energía para poder enfriar, ya que los sistemas de refrigeración representan el 15% del consumo mundial de energía y son responsables del 10% de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Los investigadores han demostrado que este material bidimensional es capaz de enfriar una oblea de silicio bajo irradiación directa de la luz solar a 14 ºC, mientras que un vidrio de soda-cal ordinaria simplemente la reduce a 5 ºC.

El material está formado por una matriz autoensamblada de esferas de sílice de 8 µm de diámetro, como granos de arena un volumen un millón de veces más pequeño. “Esta capa se comporta casi como un emisor infrarrojo ideal, proporcionando una potencia de enfriamiento radiativo de hasta 350 W/m2 para una superficie caliente, como un panel solar”, explican los investigadores de ICN2.

De este modo, se eliminaría la mitad del calor acumulado en un panel solar típico en un día despejado, lo que es suficiente para aumentar la eficiencia relativa de una célula solar en un 8%. Según la producción mundial de energía solar en 2017, “este aumento de eficiencia representa suficiente energía para alimentar a la ciudad de París durante todo un año”.

Una muestra del material. Foto ICN2.

Enfriamiento radiativo

Este material está inspirado en el eficiente mecanismo de regulación de temperatura de la Tierra, denominado enfriamiento radiativo del cielo. Aunque la Tierra es calentada por el Sol, también emite radiación infrarroja al espacio exterior, ya que este tipo de radiación no es capturada por la atmósfera, apuntan desde el ICN2.

Por ejemplo, los granos de arena en los desiertos contribuyen a este fenómeno, que mantiene estable la temperatura promedio de nuestro planeta siempre que no consideremos las actividades humanas.

Los investigadores han descifrado el potencial de enfriamiento del cielo radiativo de los cristales autoensamblados, lo que demuestra que “solo se necesita una sola capa de microesferas para lograr el mejor rendimiento de enfriamiento” y esto, aseguran, “es de gran interés para la futura ampliación y aplicabilidad”.