Cemento saliendo de una hormigonera. Omicrono
El cemento que servirá para bajar la factura de la luz: es capaz de generar y almacenar electricidad gracias al calor
Unos investigadores han fabricado un nuevo cemento con hidrogel inspirado en las plantas que cuenta con propiedades termoeléctricas avanzadas.
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El sector de la construcción, uno de los más importantes en España, lleva un tiempo buscando nuevos materiales, especialmente sostenibles, como paneles de microalgas. Sin embargo, la innovación de la industria ha ido un paso más allá, ya que actualmente ya se han fabricado alternativas como ladrillos que permiten levantar muros hasta un 40% más rápido como si fuesen Legos o un hormigón que repara las grietas por sí mismo y es resistente a los incendios. Lo último para construir casas, es un nuevo e ingenioso material capaz de generar y almacenar electricidad.
Un equipo de investigadores de la Universidad del Sureste, una prestigiosa institución de educación superior en China, ha fabricado un nuevo material de cemento con hidrogel que es totalmente capaz de generar y almacenar electricidad a partir del calor. Liderados por el profesor Zhou Yang, los científicos se han inspirado en las plantas para crear este innovador elemento con el que han logrado superar ampliamente los límites conocidos en materiales termoeléctricos a base de cemento, como señalan en el estudio publicado en Science Bulletin.
Los investigadores han conseguido convertir al cemento, el material de construcción más utilizado, en un medio funcional para la captación de calor; lo que aseguran supone una prometedora vía para compensar la demanda energética de los edificios. Un nuevo cemento que podría revolucionar el papel actual de las infraestructuras en las ciudades inteligentes, transformándolas en sistemas totalmente autosuficientes y energéticamente activos.
Genera electricidad
La clave de este innovador material de construcción está en su diseño, ya que imita la estructura de los tallos de las plantas, que presentan capas organizadas que facilitan el transporte de fluidos y nutrientes. Un sistema que han replicado para presentar un compuesto con capas alternas de cemento e hidrogel de alcohol polivinílico (PVA, por sus siglas en inglés) con el que han conseguido resolver la baja movilidad iónica, que es uno de los problemas críticos del cemento tradicional.
"La disparidad en la velocidad de difusión entre cationes y aniones dentro de la solución porosa del cemento, debido a las variaciones en las interacciones con las paredes porosas, confiere al cemento propiedades termoeléctricas iónicas inherentes. Sin embargo, el aislamiento de los poros por la densa matriz de cemento dificulta el transporte rápido de iones con velocidades de difusión superiores, lo que impide aumentar la diferencia de movilidad iónica y limita el aumento del coeficiente de Seebeck", explican los investigadores en su estudio.
Esquema del nuevo cemento que genera y almacena electricidad. Omicrono
Al contar con este diseño de capas alternas, el nuevo cemento ha logrado un coeficiente Seebeck -que es la relación entre la tensión termoeléctrica inducida y la diferencia de temperatura entre dos puntos de un conductor eléctrico- de −40,5 mV/K y un factor de mérito (ZT) de 6,6×10⁻²; lo que representa un importante salto de diez y seis veces respecto a los valores previos de materiales similares. Unos valores que determinan la capacidad de este tipo de elementos para convertir calor en electricidad.
Otra de las claves de esta estructura multicapa es que facilita la migración de iones hidroxilo (OH⁻) a través del hidrogel, mientras que los iones calcio (Ca²⁺) interactúan más fuertemente en la interfaz con el cemento. Y la diferencia controlada en la movilidad de iones es lo que aumenta considerablemente el efecto termoeléctrico del material. También mejora su resistencia mecánica y le permite almacenar energía internamente.
Por lo que gracias a estas características el nuevo cemento puede funcionar como generador y como sistema de almacenamiento de energía. Unas características que lo convierten en un elemento ideal para levantar infraestructuras inteligentes, como pueden ser puentes, carreteras o edificios que puedan alimentar sin necesidad de fuentes externas desde redes inalámbricas hasta sensores o sistemas de monitorización.
Un gran potencial
Los investigadores chinos resaltan otras ventajas de este material. Por ejemplo, indican que supone un importante avance y cuenta con un impacto potencial profundo en la sostenibilidad global. También reduce la dependencia de combustibles fósiles al aprovechar el calor ambiental o residual, convierte infraestructuras pasivas en fuentes activas de energía y disminuye el uso de baterías desechables, ya que con él se alimentan sensores y dispositivos integrados directamente desde el propio cemento.
Por otro lado, los investigadores aseguran que su cemento alienta una economía circular en la construcción, donde los materiales construyen y generan y gestionan energía; y que, al dotarlo de una segunda función ecológica, aporta soluciones al alto impacto ambiental del cemento, que es uno de los elementos más contaminantes del mundo.
"La estructura multicapa del CPC genera abundantes interfaces, lo que proporciona amplios sitios de interacción que maximizan la contribución de los iones de cemento al rendimiento termoeléctrico. La estructura biomimética y el mecanismo de inmovilización selectiva interfacial podrían allanar el camino para el diseño y la fabricación de materiales termoeléctricos iónicos de alto rendimiento", concluyen los investigadores.
