Las temperaturas extremas son cada vez más comunes en España. El cambio climático está contribuyendo decisivamente a que experimentemos cada vez más masas de aire polar en invierno y olas de calor en verano. Eso, sumado al alza en los precios de la energía, convierte en imprescindibles alternativas a la calefacción y el aire acondicionado como la aerotermia, el sistema que ofrece un ahorro de hasta el 80% en las facturas de la luz y el gas.

El futuro, aún así, pertenece a las casas pasivas, aquellas en las que la construcción bioclimática permite un gasto mínimo de energía para mantener una temperatura confortable en el interior. Los últimos avances en tecnología de materiales apuntan a técnicas para hacerlas aún más eficientes, como la refrigeración radiativa pasiva, que aprovecha las bajas temperaturas del espacio exterior para enfriar el interior de un edificio o un vehículo cuando se necesita sin apenas elevar el gasto energético. 

Investigadores de la Universidad de Linköping (Suecia) han publicado recientemente un artículo en la revista Cell Reports Physical Science para demostrar que es posible regular la temperatura de un dispositivo ajustando eléctricamente el nivel en que emite calor mediante refrigeración radiativa pasiva, lo que implicaría un funcionamiento similar al de un termostato regulable.

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"Para refrigerar edificios, por ejemplo, hoy en día se utiliza sobre todo el aire acondicionado tradicional, que requiere grandes cantidades de energía y emplea refrigerantes peligrosos para el medio ambiente. Con la ayuda de la refrigeración radiativa pasiva, el frío del espacio exterior podría utilizarse como complemento de los aires acondicionados normales y reducir el consumo de energía", explica Magnus Jonsson, director del grupo de Fotónica Orgánica y Nanoóptica de la Universidad de Linköping que ha elaborado el estudio.

Así funciona

Hace unos días conocíamos la existencia de un ingenioso sistema que rellena las ventanas con una fina membrana de agua. Esta capa líquida se encarga de absorber el calor del sol, mientras deja pasar la luz y el paisaje exterior. De igual manera, impide que el calor se escape del interior del edificio hacia fuera. Es otra forma de refrigeración pasiva, pero tiene el mismo problema que los techos fríos, otra técnica que contribuye a reflejar la luz solar y el calor para desviarlo de un edificio, reduciendo así la temperatura del interior: no se puede regular.

Debashree Banerjee (a la izquierda), líder de la investigación, manipulando el dispositivo Thor Balkhed / Universidad de Linköping Omicrono

El objetivo del equipo dirigido por Magnus Jonsson era precisamente desarrollar un dispositivo que permitiera aprovechar todas las posibilidades que ofrece la refrigeración radiativa. Este sistema se sirve de la energía térmica que puede salir de un objeto en forma de radiación infrarroja. Dependiendo del material del que esté hecho y su capacidad para absorber radiación infrarroja, mejor lo emitirá.

Precisamente, en esa búsqueda de un material capaz de absorber y emitir de manera lo más efectiva posible la radiación, han estado trabajando los ingenieros de la Universidad de Linköping. Y el resultado más ventajoso para sus objetivos lo han conseguido gracias a un polímero conductor y una finísima capa de celulosa, un material abundante y barato que tiene la ventaja de absorber y emitir radiación infrarroja como pocos.

Capas de celulosa utilizadas durante los experimentos Thor Balkhed / Universidad de Linköping Omicrono

El polímero sirve para ajustar electroquímicamente la emisividad del dispositivo, con lo que abre la posibilidad de regular la temperatura gracias a unas placas colocadas en el tejado de una casa, como si fueran paneles solares. Controlando la radiación térmica infrarroja que emite la casa, se refrigera cuando se considera necesario. Es algo que, a largo plazo, también podría utilizarse también para olvidarte del aire acondicionado en los coches o incluso al papel pintado o a prendas de vestir.

Un termostato para ahorrar

"Se puede comparar con un termostato", afirma Debashree Banerjee, ingeniera y autora principal del estudio. "Actualmente, podemos ajustar la temperatura en 0,25 grados centígrados. Puede que no parezca mucho, pero la cuestión es que hemos demostrado que es posible llevar a cabo este ajuste a temperatura ambiente y presión normal". Anteriormente, este tipo de controles sólo se habían logrado en condiciones de vacío, lo que lo hacía impracticable para su uso doméstico.

El principio de la refrigeración radiativa pasiva se basa en la reducción de temperatura que ofrece el espacio exterior, que permanece estable a unos 270 grados Celsius bajo cero. Ese frío extremo puede servir para eliminar el calor de los objetos en la Tierra, si se sabe aprovechar la emisión de las ondas infrarrojas con dispositivos como el desarrollado por los investigadores de la Universidad de Linköping.

Lo más significativo de este método es que implica un consumo de energía muy reducido y una contaminación mínima, por lo que podría contribuir a luchar contra el cambio climático de forma más eficaz junto a las actuales energías renovables.

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Aún así, los investigadores insisten en que estos dispositivos serían un complemento a los sistemas ya existentes de refrigeración y calefacción y a fuentes de energía como las placas solares o los aerogeneradores. En todo caso, supondría una considerable disminución del consumo de luz y gas y, por tanto, de la factura eléctrica de aparatos como los aires acondicionados.

Calentamiento solar

No es el único estudio realizado por este equipo de ingenieros sobre este mismo tema. En otro reciente estudio publicado en la revista Advanced Science, los investigadores explican el desarrollo de un dispositivo termoeléctrico que se alimenta del mismo principio de refrigeración radiativa, pero en este caso añade el calentamiento solar a la ecuación. Se basa en generar una diferencia de temperatura entre dos materiales de celulosa, uno de los cuales contiene negro de humo para absorber también el calor del Sol.

Una de las investigadoras utilizando el simulador de cielo Thor Balkhed / Universidad de Linköping Omicrono

Los materiales se conectan para convertir la diferencia de temperatura en un potencial eléctrico, por lo que no sólo no consumen energía, sino que la generan. Exponer el dispositivo al cielo indujo una tensión eléctrica de 60 mV, ya con radiación solar moderada, pero el concepto funciona incluso de noche. Esto se debe a que los dos materiales de celulosa están diseñados para tener distintas capacidades de irradiar calor.

Para realizar mediciones de temperatura del dispositivo sensibles, repetibles y precisas en ambos estudios, los investigadores construyeron un simulador del cielo. De esta forma, las mediciones no se vieron afectadas por los cambios en el entorno, como las nubes o la lluvia, de la misma forma que lo estarían en el exterior.

El simulador de cielo consiste en un tubo con laterales recubiertos de aluminio para reflejar la radiación. Un recipiente colocado en la parte inferior contiene un material que absorbe la radiación térmica y se enfría con nitrógeno líquido para simular la frialdad del espacio exterior. Gracias a este simulador y a la toma de imágenes con cámaras térmicas, los ingenieros lograron demostrar que sus dispositivos son viables y que pueden marcar un futuro con un consumo energético reducido para controlar la temperatura de los hogares.

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