Investigadores de San Sebastián patentan un “hormigón fotónico” que disipa el calor, reduciendo la temperatura interior y evitando las islas de calor en las ciudades.
Cualquiera puede experimentarlo, especialmente en los días de verano: sentarse en un banco de cemento o de piedra al que le ha estado dando el sol no es la mejor idea. Algunos materiales de construcción absorben la energía y luego irradian calor. La temperatura de las ciudades se dispara y sucede lo mismo en el interior de los edificios, aumentando el gasto para enfriarlos. Urge la búsqueda de alternativas en un planeta cada vez más caliente y un proyecto español empieza a despuntar con fuerza.
En el tejado del Centro de Física de Materiales (CFM, que pertenece al CSIC y a la Universidad del País Vasco), ubicado en San Sebastián, encontramos la prueba de concepto que puede cambiarlo todo: un nuevo tipo de hormigón, denominado hormigón fotónico, que no se calienta cuando se encuentra bajo la exposición solar. Los investigadores que lo han desarrollado ya comprobaron el pasado verano que este material se mantiene entre tres y cinco grados por debajo de la temperatura ambiente incluso en las horas centrales de los días más calurosos. En cambio, el hormigón tradicional puede alcanzar hasta 60-70 °C, así que la diferencia en el interior del edificio también es brutal. ¿Cuál es el secreto?
“Es una tecnología de enfriamiento radiativo”, explica a El Confidencial Jorge S. Dolado, investigador del CFM y coordinador del proyecto europeo Miracle (acrónimo del inglés Photonic Metaconcrete with Infrared Radiative Cooling Capacity for Large Energy Savings), que cuenta con tres millones de euros para desarrollar la idea. El hormigón que han conseguido tiene dos propiedades no convencionales: evita absorber calor y lo hace porque refleja la energía solar en forma de radiación infrarroja. Esta segunda característica tiene consecuencias de mayor alcance.
“Generalmente, la atmósfera detiene la radiación que emitimos”, comenta el científico. Así se explica el efecto invernadero, ya que el calor queda atrapado en el planeta. Sin embargo, hay una longitud de onda en la que esto no sucede, precisamente, en el rango infrarrojo. Es lo que se denomina “ventana atmosférica”. Por eso, “si somos capaces de manipular los materiales de forma que toda su emisión térmica se focalice dentro de ese rango, podemos hacer que esa radiación sea liberada al espacio exterior”.
Por lo tanto, la receta para que el hormigón no se caliente ni contribuya a calentar el ambiente está clara: una alta reflectividad a la radiación solar unida a una emisión infrarroja dentro de la ventana atmosférica. Pero ¿cuáles son los ingredientes para conseguirlo? Dentro del proyecto Miracle (en el que también participa la Universidad Pública de Navarra, el centro de investigación Tecnalia y otras entidades de Alemania, Bélgica, Francia e Italia), los investigadores probaron varias alternativas para los hormigones del futuro. En realidad, “no necesitamos cosas muy sofisticadas”, asegura Dolado. Por eso, los materiales son similares a los del hormigón normal, salvo porque “hay que eliminar elementos nocivos y maximizar los que dan un buen comportamiento”. Más importante ha resultado la manera de procesar el material. “La porosidad influye muchísimo”, asegura el experto, porque parte del efecto se consigue a través del vacío, pero el tamaño de los poros tiene que ser muy concreto.
También son importantes las adiciones que se agregan a la mezcla principal, “metamateriales” que aportan propiedades. “En la propuesta inicial, lo hacíamos con estructuras tridimensionales basadas en microfibras metálicas, por ejemplo, de acero”, apunta. En las simulaciones este sistema funcionaba, pero en la práctica los investigadores comprobaron que la tecnología actual no permite incorporar este sistema con suficiente precisión, porque las microfibras deberían medir menos de micra de espesor y, más allá de experiencias de laboratorio, no este procedimiento no sería escalable. Así que, finalmente, optaron por materiales poliméricos que han dado un resultado óptimo.
“Hemos conseguido sistemas tridimensionales que se añaden y mejoran las cualidades del material”, destaca el científico del CFM. Sin embargo, en realidad, “no hacen falta para conseguir las propiedades radiativas que buscamos”. El hormigón utilizado en la prueba de concepto del tejado de su centro de investigación —que “se mantenía a 25 °C cuando la temperatura ambiente era de 28 °C”, recuerda— presenta adiciones normales al material de partida, además de contar con la porosidad adecuada. Incorporar otro tipo de adiciones ofrecería mejores resultados, pero encarecería el producto.
De la patente a la empresa
Tras los buenos resultados y cuando el proyecto de investigación Miracle aún tiene un año por delante, los científicos ya han patentado el sistema y están trabajando en la creación de una empresa, con el apoyo del CSIC, para explotar el nuevo producto. “Los resultados son prometedores y, hasta donde sabemos, no hay nada similar”, afirma Dolado. Lo más parecido son soluciones basadas en recubrimientos, pero “tienen el problema de que se degradan con el tiempo”. En cambio, el nuevo hormigón, además de ser duradero y tener un coste similar al actual, “tendría un gran impacto para los edificios en cuestiones energéticas”.
El próximo objetivo es realizar una prueba de concepto aún más ambiciosa, en la que realmente se pueda medir la repercusión del proyecto para la eficiencia energética de los edificios que se construyan con este material. Así que en este verano de 2024 el hormigón fotónico será probado en el edificio experimental Kubic ubicado en Derio (Vizcaya). En esta fase, se construirá un tejado real para monitorizar las temperaturas que alcanzan las habitaciones situadas debajo en contraste con las que provoca el hormigón convencional.
“En las zonas templadas del mundo, como la nuestra, el presupuesto destinado al enfriamiento ya se sitúa en torno al 50% de todo el gasto energético”, afirma el coordinador del proyecto Miracle, “pero en otros lugares del planeta ya es muy superior”. Por eso, el ahorro directo de energía es para las edificaciones que se construyan con este sistema es uno de los puntos fuertes de esta iniciativa, pero no el único.
Contra el calor urbano
En el contexto del calentamiento global, la radiación que emiten los materiales de las edificaciones, el pavimento y las infraestructuras urbanas se han convertido en un desafío, las llamadas islas de calor, que hacen la vida más difícil y que incluso se relacionan con problemas de salud. “Las ciudades son trampas que atrapan el calor, de manera que se llegan a registrar hasta 10 °C de diferencia con respecto al campo”, recuerda el investigador.
Por eso, la tecnología de enfriamiento radiativo puede ser más que un alivio. Una ciudad que devolviese el calor emitiendo radiación infrarroja más allá de la atmósfera combatiría el aumento de temperaturas y ofrecería espacios más habitables a sus ciudadanos. Cualquier tipo de construcción e incluso el mobiliario urbano, incluyendo suelos y bancos, podrían estar hechos del nuevo material.
Por el momento, el único inconveniente que encuentran los promotores del proyecto estaría en las carreteras. “Aquí no usamos mucho el cemento para las autopistas, aunque hay algunos casos, pero en otros países sí. El problema de esta aplicación es que aún no tenemos el producto perfecto porque, al reflejar la luz solar, podría rebotar en el pavimento y hacer que el conductor tuviese problemas de visibilidad”, reconoce. Por eso, una de las tareas que tienen por delante los investigadores es encontrar la fórmula para que esto no suceda.