En España las casas sufren el calor intenso del verano viendo como la factura de la luz sube en esos meses por culpa del aire acondicionado, o como en invierno la contaminación aumenta por el uso de los sistemas de calefacción. ¿Y si las ventanas pudieran ayudar a reducir este desgaste económico y energético? Esto es lo que pretende un nuevo estudio de Singapur al crear un cristal que deja pasar la luz, pero no el calor cuando es necesario.
Las nuevas técnicas de construcción están cada día más enfocadas en mejorar la eficiencia energética de los edificios. Con materiales aislantes se pretende preservar la temperatura interior, sin que el clima de fuera lo altere y que así los sistemas de climatización como calefacciones y aires acondicionados no se usen en exceso. Sin embargo, las ventanas siguen siendo un punto débil para muchos edificios.
Para dar solución a este problema surgen los vidrios electrocrómicos (EC), los cuales han visto aumentada su popularidad en los últimos años desde que se empezaran a estudiar hace décadas. Estos materiales, sin embargo, solo pueden bloquear la luz o cambiar de color mediante descargas eléctricas, lo que les hace interesantes para algunos usos, pero no tanto para frenar el impacto térmico.
Investigadores de la Universidad Tecnológica Nanyang de Singapur
En esto se diferencia el material desarrollado por un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica Nanyang de Singapur de los convencionales EC. Su cristal es capaz de dejar pasar la luz, al mismo tiempo que bloquea la radiación infrarroja que se traduce en calor en el interior de la estancia.
Luz sí, calor no
Según el estudio publicado en la revista científica ACS Omega, este nuevo material bloquearía al activarse el 70% de la radiación infrarroja, dejando pasar el 90% de la luz. De esta forma, en invierno se desactivaría para recoger el calor del sol dentro de las casas, mientras que en verano se conservaría el fresco del interior al activar el mecanismo.
El cristal deja pasar la luz, pero no el calor
Al recubrir los cristales de las ventanas de un edificio con este material y aplicar electricidad, el sistema se convierte en un circuito, similar al de los EC que ya se están usando. Se enciende y apaga como una lámpara en casa, aunque afectando al paso del calor por la ventana y no a la luz o las vistas.
Para conseguir este efecto, el equipo de investigadores ha decidido modificar la composición estándar de los materiales electrocrómicos con nuevos componentes. La fórmula resultante en estas pruebas iniciales se compone de dióxido de titanio (TiO2), trióxido de tungsteno (WO3), neodimio-niobio (Nd-Nb) y óxido de estaño (IV) (SnO2).
Cristal inteligente
"Al combinar SnO2 con WO3 amorfo (SnO2 / α-WO3), el compuesto puede modular la luz infrarroja (IR) y el infrarrojo cercano (NIR), que representan casi el 50% de la luz" explican en el estudio. Esto significa que con este cristal es posible controlar los dos tipos de transmisión del calor en una ventana, tanto la radiación infrarroja como la conducción del calor.
"La nueva tecnología electrocrómica puede ayudar a conservar la energía que se utilizaría para calefacción y refrigeración de edificios y podría contribuir al diseño futuro de edificios ecológicos sostenibles", dice el equipo de investigación. Ponen como ejemplo del problema que quieren solucionar, los 51,7 TWh de energía eléctrica que consumió la ciudad de Singapur en el año 2019, energía destinada a la iluminación y refrigeración de interiores y generando "grandes cantidades de dióxido de carbono" al proceder de combustibles fósiles.
Investigadores de NTU Singapur
Además del ahorro energético dentro de los edificios, el proyecto defiende que este material es de fabricación barata y presenta una durabilidad mayor que los convencionales EC. "El material también es aproximadamente un 30% más eficaz en la regulación del calor que las ventanas electrocrómicas disponibles comercialmente y es más barato de fabricar debido a su durabilidad", afirman.
Ventanas electrocrómicas
Para comprender mejor la importancia de este nuevo invento es necesario conocer lo que se ha conseguido hasta ahora, comprender en profundidad el funcionamiento de los llamados cristales electrocrómicos. El truco tras estos cristales inteligentes está en la reacción química de sus materiales a la electricidad.
Este tipo de cristales suele contar con una capa de tungsteno trióxido (WO3) que recubre por un lado el panel de vidrio, pero no los dos. Las distintas capas de la ventana se fabrican con un circuito de electrodos, los cuales controlan los fotoquímicos que transforman el cristal de opaco a transparente.
Baños públicos en Tokio con vidrio electrocrómico
Al encender el sistema, la corriente eléctrica mueve los iones de litio hacia el lado de la ventana en la que se encuentra el WO3. De esta forma, la ventaja se oscurece volviéndose opaca. En el proceso inverso, los iones se alejan de ese lado y el cristal deja pasar la luz.
Con esta cualidad, las aplicaciones de los vidrios electrocrómicos son amplias. Por ejemplo, sirven para convertir estancias públicas en privadas, transformando los cristales en paredes opacas. Así se ha usado en oficinas o en los baños públicos de Tokio que dejan ver el interior cuando no hay nadie.
Otro caso de uso está en los móviles. La marca One Plus, presentó en 2020 el móvil Concept One cuyas cámaras se esconden al activar el vidrio inteligente que las cubre. No obstante, el uso de esta tecnología en este tipo de dispositivo, por el momento, no ha trascendido más allá de este caso.
Desde la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, también nació hace un año unos paneles líquidos capaces de atrapar el calor y soltarlos de noche cuando bajan las temperaturas. Son distintos ejemplos de lo que parecen los primeros pasos para crear edificios más tecnológicos centrados en la eficiencia energética.