Diciembre es uno de los meses más fríos del año en España y las primeras nevadas no se han hecho esperar, lo que supone un importante aumento en el gasto de calefacción de los hogares.

Teniendo en cuenta que el consumo energético de los edificios sigue siendo uno de los más importantes a nivel global, con un porcentaje entre el 30 y el 40% del total, cada vez son más necesarios los avances tecnológicos que buscan reducir ese consumo sin renunciar al confort térmico.

Ahora, un equipo de físicos de la Universidad de Colorado en Boulder (CU Boulder, en EEUU) parece haber encontrado la solución más directa, rápida y barata para mejorar la eficiencia energética: un nuevo material que funciona como una versión de alta tecnología y totalmente transparente del plástico de burbujas.

Bautizado con el acrónimo de MOCHI (Mesoporous Optically Clear Heat Insulator o Aislante Térmico Mesoporoso Ópticamente Claro) en un artículo de Science, este material no solo promete mantener nuestros hogares calientes en invierno y frescos en verano, sino que podría reducir drásticamente la huella de carbono de nuestras ciudades.

El desafío de la transparencia

Los edificios, desde las viviendas unifamiliares hasta los rascacielos de oficinas, consumen cantidades ingentes de energía en climatización. Gran parte de ese gasto se debe a las fugas térmicas: el calor se escapa hacia el exterior cuando hace frío y se cuela hacia el interior cuando aprieta el sol.

"Para bloquear el intercambio de calor, puedes poner mucho aislamiento en tus paredes, pero las ventanas tienen que ser transparentes", explica Ivan Smalyukh, autor principal del estudio y profesor de física en CU Boulder, en un comunicado de prensa.

En esta sencilla declaración reside el gran reto de la ingeniería de materiales moderna: "Encontrar aislantes que sean transparentes es realmente desafiante".

Y es que la mayoría de los materiales que atrapan bien el calor, como la fibra de vidrio o el poliestireno, son opacos. La solución propuesta por el equipo de Smalyukh rompe esta limitación mediante la ingeniería a nanoescala.

El secreto de MOCHI es un gel de silicona con una estructura muy particular: atrapa el aire a través de una red tridimensional de poros minúsculos, mucho más finos que el ancho de un cabello humano.

De hecho, el aire constituye más del 90% del volumen del material. Al eliminar la parte sólida y dejar el aire, se obtiene un elemento extremadamente ligero, con una capacidad de aislamiento sin precedentes.

Según los experimentos llevados a cabo por Smalyukh y su equipo, una lámina de MOCHI de apenas 5 milímetros de grosor es capaz de proteger la mano de una persona del calor directo de la llama de una vela.

Para que sea eficaz funciona de manera similar a los aerogeles, una clase de material aislante que utiliza la NASA, por ejemplo, para mantener calientes los componentes electrónicos de sus rovers en Marte.

Sin embargo, las burbujas de aire de los aerogeles tienden a estar distribuidas al azar, lo que dispersa la luz y les da un aspecto nublado, razón por la que a menudo se les llama "humo congelado".

Por eso, para que el resultado no sean ventanas 'empañadas', los investigadores utilizaron un proceso de fabricación basado en la química de fluidos. Primero mezclaron un tipo especial de moléculas conocidas como surfactantes en una solución líquida.

Estas moléculas tienen un comportamiento curioso: se agrupan naturalmente formando hilos delgados, en un proceso que los científicos comparan con cómo el aceite y el vinagre se separan en un aderezo para ensaladas.

Posteriormente, las moléculas de silicona en la misma solución comienzan a adherirse al exterior de esos hilos, creando una estructura sólida alrededor de ellos. A través de una serie de pasos químicos, los investigadores eliminan los moldes de surfactante y los reemplazan con aire.

El resultado es lo que Smalyukh describe como "la pesadilla de un fontanero": una red infinitamente compleja de tuberías microscópicas llenas de aire y rodeadas de silicona.

Pero es precisamente este caos ordenado el que permite que la luz pase casi sin obstáculos (el material refleja solo alrededor del 0,2% de la luz entrante), haciendo que el material sea indistinguible del vidrio normal.

Un billar molecular

Para entender por qué un material como MOCHI aísla tan bien, hay que descender al nivel atómico. El calor viaja a través de un gas (como el aire) mediante el movimiento de sus partículas. Smalyukh utiliza una analogía muy gráfica para explicarlo: es similar al billar pero a nivel molecular.

El calor energiza las moléculas y átomos en el gas, que salen disparados y chocan contra otras moléculas, transfiriendo esa energía de una a otra.

Así es como el calor cruza una ventana convencional de doble acristalamiento: las moléculas de aire entre los vidrios chocan entre sí transportando la temperatura de un lado a otro.

Sin embargo, en el interior de MOCHI, las reglas del juego cambian. Los poros o túneles son tan increíblemente pequeños que las moléculas de gas no tienen espacio para moverse.

"Las moléculas no tienen la oportunidad de chocar libremente entre sí e intercambiar energía", explica Smalyukh. "En su lugar, chocan contra las paredes de los poros". Al atrapar las moléculas en estos callejones sin salida, se detiene por completo la transferencia térmica.

Aplicaciones futuras

En el laboratorio, los investigadores han logrado fabricar tanto láminas delgadas y flexibles como grandes losas y cubos tridimensionales de este material, lo que abre un amplio abanico de posibilidades.

La aplicación más inmediata es la actualización de edificios antiguos. Se podría aplicar una delgada película de MOCHI en el interior de las ventanas, mejorando su aislamiento sin necesidad de obras costosas ni de cambiar los marcos.

Pero no se conforman con eso. Los ingenieros y físicos que han desarrollado la investigación también están convencidos de que el material podría convertir las ventanas en fuentes de energía activa. El siguiente paso sería diseñar un dispositivo que utilice MOCHI para atrapar el calor de la luz solar, convirtiéndolo en energía barata y sostenible.

"Incluso cuando es un día algo nublado, todavía podrías aprovechar mucha energía y luego usarla para calentar el agua y el interior de tu edificio", asegura Smalyuk. Esto permitiría sistemas de captación solar térmica mucho más eficientes y estéticos que los actuales paneles solares.

Sin embargo, todavía queda un largo camino hacia la comercialización definitiva de MOCHI, ya que el proceso de fabricación sigue siendo demasiado lento y complejo. Aún así, las perspectivas son favorables, ya que los ingredientes necesarios son relativamente baratos y abundantes, lo que podría ayudar a escalar la producción.