El innovador material con sello español a base de algas: aísla tu casa del calor, la protege contra incendios y genera electricidad

Desde hace décadas, en la construcción de edificios se utilizan distintos tipos de espumas para aislarlos del ruido y de los cambios de temperatura. Las hay de distintos materiales y composiciones y algunas de ellas son especialmente resistentes frente al fuego.

Sin embargo, muchas de estas espumas dependen de compuestos químicos altamente tóxicos. Otras, en lugar de proteger contra las llamas, las avivan, como sucedió en el incendio que arrasó en cuestión de minutos un edificio del barrio del Campanar en Valencia, en febrero de 2024.

Ahora, un estudio internacional en el que participa el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), dependiente del CSIC, ha creado una espuma multifuncional que une conductividad eléctrica, aislamiento térmico y capacidad ignífuga. La clave es la combinación de alginato, un compuesto biodegradable proveniente de las algas marinas, con MXene, un material conductor similar al grafeno fabricado gracias a la nanotecnología.

El novedoso material que aísla mejor tu casa: más barato y eficaz gracias a dos populares ingredientes

Bernd Wicklein, investigador en el ICMM-CSIC, indica en un comunicado de prensa que este último "se comporta como metal en cuanto a la conductividad eléctrica, pero también se dispersa en agua y tiene otras propiedades catalíticas, ópticas y térmicas muy interesantes".

Wicklein, autor principal de un estudio publicado en la revista Nanoscale Horizons, señala que este compuesto aplicado al sector de la construcción "genera electricidad, puede ser un elemento de seguridad contra incendios y es térmicamente aislante, por lo que además nos permite un ahorro energético muy importante".

Alginato y MXene

El 25% de la energía que se utiliza en todo el mundo corresponde a los sistemas de calefacción y refrigeración de los edificios. Para reducir ese consumo, se están desarrollando desde alternativas al aire acondicionado mucho más eficientes energéticamente hasta nuevos materiales de construcción con propiedades aislantes.

En este contexto, la investigación de Bernd Wicklein, en la que han colaborado ingenieros del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea, de la Universidad Politécnica de Turín (Italia) y de la Universidad Drexel (Filadelfia, EEUU), supone un importante paso adelante para aislar mejor los edificios.

Diagrama del estudio que explica el desarrollo y las funciones del material Bernd Wicklein Omicrono

El nuevo material que han desarrollado se fabrica mediante un proceso conocido como "ice-templating", o moldeo por congelación. Este método consiste en congelar lentamente una mezcla de alginato y finísimas láminas de MXene, compuestas por titanio y carbono, de uno o dos nanómetros de grosor (la mil millonésima parte de un metro).

A medida que el hielo se forma, organiza las partículas de forma controlada. Una vez retirada el agua congelada, el resultado es una estructura porosa con canales alineados. Así, la espuma resultante tiene poros de gran tamaño distribuidos regularmente.

Uno de los aspectos más interesantes de esta espuma desarrollada en laboratorio es su capacidad para generar electricidad cuando se somete a fricción o presión. Este fenómeno es la base de los conocidos como generadores triboeléctricos (TENG, por sus siglas en inglés), que también se usan en las placas solares capaces de generar energía gracias a las gotas de lluvia.

En este caso, al comprimir y liberar la espuma repetidamente, se genera un voltaje de hasta 380 voltios, con una corriente de 7,7 microamperios y una densidad de potencia de 43 milivatios por metro cuadrado.

El nuevo material que aislará mejor tu casa: más eficaz y barato gracias a este popular ingrediente

Estos valores pueden parecer escasos o limitados, pero son especialmente destacables teniendo en cuenta que la espuma tiene 6 milímetros de grosor, mucho más que los TENG convencionales, que suelen fabricarse con capas de unas pocas micras.

La clave de este rendimiento superior está en la estructura interna: los poros permiten un contacto más intenso entre superficies, lo que favorece la acumulación de cargas. Además, el mayor espesor ayuda a generar un campo eléctrico más potente y estable. Su uso principal, al menos de momento, podría ser alimentar alumbrado y pequeños sensores.

Aislamiento térmico

Para comprobar hasta qué punto podría aprovecharse esa energía, los investigadores sometieron a la espuma a diferentes simulaciones por ordenador que demuestran que, al aumentar el grosor del material, se consigue reducir la distancia efectiva entre las cargas y se mejora su interacción.

Pero este material 'inteligente' tiene muchas más capacidades que generar electricidad. "Las espumas son muy ligeras, mecánicamente muy estables y, a la vez, tienen cualidades de aislamiento térmico", señala Wicklein.

Diagrama del estudio centrado en la capacidad del material para generar electricidad Bernd Wicklein Omicrono

Aunque es altamente conductor de la electricidad, el material compuesto reduce de forma significativa la transferencia de calor gracias a su estructura porosa y a la presencia del MXene.

De hecho, su conductividad térmica tiene un valor comparable al de materiales diseñados específicamente para el aislamiento térmico. Además, las láminas de MXene ayudan a reflejar la radiación infrarroja, lo que contribuye a mantener temperaturas estables en el entorno donde se instala.

Esta propiedad es especialmente valiosa para su uso en edificios o en dispositivos que necesitan mantenerse a una temperatura baja sin perder eficiencia energética.

A estas dos funciones se suma una tercera. quizá la más sorprendente: la seguridad contra incendios. Cuando se calienta de forma repentina o entra en contacto directo con una llama, su resistencia eléctrica cambia drásticamente, lo que permite detectar un incendio en menos de dos segundos.

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Esta respuesta rápida y su capacidad de conducción eléctrica es ideal para activar sistemas de alarma. Además, la espuma tiene propiedades ignífugas y autoextinguibles. A diferencia de otros materiales plásticos como el poliuretano, que pueden ayudar a propagar el fuego, este compuesto tiende a apagarse por sí solo tras una exposición breve a las llamas, lo que añade una capa adicional de seguridad antincendios.

La espuma puede adaptarse a distintas aplicaciones ajustando su composición y estructura. Así, cambiando la proporción de MXene o el tamaño de los poros, es posible modificar sus propiedades eléctricas, térmicas o mecánicas, lo que abre la puerta a su uso en múltiples sectores, más allá de la construcción.

El estudio también plantea los próximos pasos para convertir esta innovación en un producto comercial viable. Entre ellos, se encuentra la optimización del proceso de fabricación, la mejora de la durabilidad del material en condiciones reales (para hacer frente a la humedad o a la exposición prolongada al calor), y el desarrollo de prototipos funcionales que puedan aplicarse directamente en entornos domésticos, industriales o comerciales.