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31 agosto 2023

Repintar edificios para enfriar de manera más sostenible

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Siglos antes de que se describieran las leyes de la termodinámica, no se precisaba ningún cálculo para saber que las construcciones en zonas de mucho calor e insolación debían pintarse de blanco para rebajar la temperatura en su interior. Por fin, en el siglo XX la invención del aire acondicionado trajo la solución definitiva para el enfriamiento de los edificios. O parecía definitiva, hasta la emergencia del cambio climático: según la Agencia Internacional de la Energía, los equipos de aire acondicionado y ventilación hoy consumen el 10% de la electricidad global, y las tecnologías de enfriamiento son responsables de entre un 4 y un 10% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI); todo lo cual, para el Programa de Medio Ambiente de Naciones Unidas, “será un desastre para el planeta”. Con el fin de reducir esta demanda, los investigadores trabajan en sistemas más sostenibles, algunos de los cuales regresan al viejo concepto de pintar o recubrir las construcciones: una idea milenaria, pero con tecnologías del siglo XXI.

El problema de los equipos de aire acondicionado no es solo que la producción de energía para alimentarlos probablemente emita GEI. Además, y a diferencia del calentamiento solar pasivo, la termodinámica obliga a que el enfriamiento de los edificios por debajo de la temperatura ambiental genere un calor que se expulsa al exterior y contribuye al calentamiento global. En otras palabras, en el caso del aire acondicionado, el aire local es el sumidero del calor generado. En cambio, las soluciones de enfriamiento pasivo (sin consumo de energía) radiativo (por emisión de radiación infrarroja, IR) se basan en la idea de que el calor escape de la Tierra sin calentar el aire: mientras que el IR cercano, de longitud de onda próxima a la luz visible, es absorbido por las moléculas del aire, en cambio estas apenas interaccionan con el IR medio; en este caso, el gélido espacio profundo actúa como sumidero.

Recubrimientos para el enfriamiento sostenible

El enfriamiento radiativo es relativamente fácil de conseguir por la noche, lo que hoy se estudia para construir paneles solares que generen electricidad en las horas nocturnas. Sin embargo, más complicado es hacerlo en pleno día, cuando el sol calienta los materiales, algo que hasta hace unos años se consideraba impensable. Esto se logró por primera vez en 2014, cuando un equipo de la Universidad de Stanford publicó el diseño de un recubrimiento de capas de dióxido de silicio y dióxido de hafnio que refleja el 97% de la luz solar y rebaja la temperatura 5 °C por debajo de la ambiental, emitiendo sobre todo IR del que no queda retenido en la atmósfera. Al año siguiente, investigadores de la Universidad de Tecnología de Sídney obtuvieron una combinación de polímeros con una fina película de plata que a pleno sol de verano refleja casi el 100% de la luz, manteniendo una temperatura 3 °C inferior a la ambiental y 11 grados menos que un tejado pintado de blanco.

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La Universidad de Stanford publicó el diseño de un recubrimiento que refleja el 97% de la luz solar. Crédito: Universidad de Stanford

Para la experta en diseño medioambiental Aurore Julien, de la Universidad de East London, estas investigaciones abren una vía de gran potencial para el enfriamiento sostenible: “Pienso que los techados fríos, y más generalmente las consideraciones de emisividad de los materiales y acabados, pueden ser una manera muy importante y efectiva de contribuir al enfriamiento pasivo de los edificios”, apunta a OpenMind. “Estos criterios cada vez son un aspecto más normal en el diseño de construcciones”.

Investigaciones posteriores han tratado de mejorar las cualidades técnicas de estas soluciones. En la Universidad de Colorado, un grupo de científicos de materiales creó en 2017 una lámina plástica traslúcida y flexible, embebida con diminutas esferas de vidrio que hacen rebotar la radiación IR para conseguir una mejor disipación del calor. El resultado es un material que reduce la temperatura hasta 10 °C, cerca del límite teórico del enfriamiento radiativo diurno. Igualmente importante es que estas soluciones sean adecuadas para uso comercial y a un coste económico, lo que en este caso estaría conseguido a un precio aproximado de medio dólar el metro cuadrado.

Así, los trabajos en torno a estos recubrimientos se centran en conseguir unos altos estándares de rendimiento a un precio razonable, diseñando polímeros que puedan fabricarse con tecnologías habituales como moldeado, extrusión o impresión 3D, y que empleen materiales accesibles y sostenibles. Como ejemplo, un equipo de la Universidad de Nanjing (China) ha creado una película basada en celulosa, el polímero estructural fundamental de las plantas, que impide que el hielo se funda a pleno sol. 

Pinturas para tejados y fachadas

Además de los recubrimientos, otro campo cada vez más explorado es el de las pinturas que puedan aplicarse directamente sobre tejados y fachadas. Es el caso de la propuesta publicada en 2020 por investigadores de la Universidad Purdue en Indiana. Se trata de una pintura acrílica con un relleno de carbonato cálcico que refleja el 95% de la luz solar —las pinturas blancas normales reflejan alrededor del 80%— y que rebaja la temperatura en casi dos grados. Aunque las prestaciones de las pinturas no alcancen las de los recubrimientos de polímeros, la gran ventaja, según escribían los autores en la revista Cell Reports Physical Science, es que este sistema ofrece “los beneficios de la conveniencia en forma de pintura, bajo coste y compatibilidad con los procesos comerciales de fabricación de pinturas”.

Otro equipo de la Universidad de California en Los Ángeles ha obtenido una pintura blanca que refleja el 98% de la radiación solar. Para ello los investigadores han reemplazado el óxido de titanio que suelen emplear las pinturas de este color, y cuyo inconveniente es que absorbe demasiado el ultravioleta, por otros compuestos como baritina —sulfato de bario, utilizado por los artistas— o teflón, el recubrimiento de las sartenes. Según el primer autor del estudio, Jyotirmoy Mandal, las modificaciones respecto a los productos que podemos comprar en cualquier tienda “están dentro de las capacidades de la industria de pinturas y recubrimientos”. También empleando nanopartículas de sulfato de bario, el equipo de Purdue ha obtenido una fórmula mejorada —ganadora del récord Guinness a la pintura más blanca— que refleja el 98% de la luz solar y que puede aplicarse en una capa lo suficientemente fina para su uso en vehículos como aviones, trenes o coches.

Sin embargo, por motivos variados puede que no siempre interese pintar las superficies de blanco. En otro estudio, científicos de la Universidad de Columbia han diseñado un recubrimiento de dos capas cuya lámina superior puede adecuarse para absorber distintas longitudes de onda de la luz visible, de modo que se revele el color deseado. Este material consigue entre 3 y 15 grados menos que una pintura convencional del mismo color. Según los autores, se trata de una solución “simple, barata y escalable”.

Sistemas dinámicos

Todas estas propuestas ofrecen soluciones innovadoras de enfriamiento sostenible. Sin embargo, para Julien, un impedimento de cara a su implementación general es que no todas serán válidas para cualquier clima. “Pienso que estas tecnologías son extremadamente prometedoras en climas cálidos”, señala. Sin embargo, “pueden no ser adecuadas en el contexto de un clima muy variable o para lugares donde se necesite mucha calefacción en invierno, ya que se necesitaría mucho aislamiento en el tejado, reduciendo el impacto del techo frío”, explica. Y dado que la mayoría de la población mundial vive en regiones de clima templado, puede ser complicado encontrar el equilibrio entre el beneficio del enfriamiento pasivo y la demanda de calefacción.

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El enfriamiento radiativo debe enfrentarse al aire acondicionado, que es accesible y familiar. Crédito: Seraficus/Getty Images

Para tales casos, Julien opina que quizá sea necesario combinar estos sistemas con otros: “Los sistemas dinámicos, como por ejemplo los que usan una combinación de enfriamiento radiativo y enfriamiento por evaporación, dispersando agua en el tejado por la noche, son más adecuados para los climas que requieren mucha calefacción en invierno”. La experta señala que aún se requerirá más desarrollo y experimentación para determinar la utilidad de estas innovaciones y su optimización para distintas condiciones climáticas.

Pero, en el fondo, el mayor obstáculo para que el enfriamiento radiativo acabe extendiéndose es que deberá enfrentarse a un poderoso competidor que lleva más de un siglo de ventaja. “La cuestión con el uso del aire acondicionado es que es una manera simple, barata y eficaz de enfriar un edificio”, resume Julien. “Son sistemas muy accesibles y familiares, y los propietarios de los edificios saben que pueden confiar en su mantenimiento o sustitución”. Por ello, la experta sugiere que quizá solo se produzca una verdadera transición hacia tecnologías más sostenibles cuando se impongan limitaciones a las emisiones de carbono o el consumo de energía de los edificios. “Si hay regulaciones al respecto, esto ayudará al desarrollo de nuevas tecnologías”, concluye.

BBVA-OpenMind-Yanes-Repitar edificios para enfriar de manera sostenible_3 Investigadores de la Universidad Purdue en Indiana han desarrollado una pintura acrílica con un relleno de carbonato cálcico que refleja el 95% de la luz solar. Crédito: Purdue University /Jated Pike
Investigadores de la Universidad Purdue en Indiana han desarrollado una pintura acrílica con un relleno de carbonato cálcico que refleja el 95% de la luz solar. Crédito: Purdue University /Jated Pike

Por el momento, el repintado ya se está ensayando como modo de enfriar los edificios mediante proyectos piloto en lugares como Nueva York o Ahmedabad, en India, y en Los Ángeles algunas calles y pavimentos se han pintado de blanco. Científicos de la Universidad Autónoma de Barcelona han propuesto un plan para combatir el efecto de isla de calor de la capital catalana repintando las azoteas de blanco. 

Los resultados de estas iniciativas podrían extender esta medida por el mundo y aportar soluciones brochazo a brochazo: según cálculos del ingeniero de la Universidad de California Jeremy Munday, si el 1-2% de la superficie terrestre se pintara con un producto como el desarrollado en Purdue, las temperaturas globales podrían estabilizarse. Claro que para ello harían falta como mínimo unos 526.000 millones de litros de pintura para extender sobre una superficie algo mayor que la mitad del Sáhara.  

Javier Yanes

Este artículo fue publicado originalmente en noviembre de 2020 por  Javier Janes 

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