El cambio climático está provocando temperaturas y aridez cada vez más altas en muchas áreas, haciendo que la refrigeración eficiente de la habitación sea cada vez más importante. Un estudiante de doctorado de ETH en el Laboratorio de Materiales Funcionales ha desarrollado una alternativa al aire acondicionado eléctrico:una cortina de enfriamiento hecha de una membrana porosa de triple capa.

Todo comenzó con una idea vaga:"Pensamos que sería interesante combinar funciones opuestas en un material, "dice Mario Stucki, estudiante de doctorado en el Laboratorio de Materiales Funcionales de ETH Zurich. Combinó dos capas de poliuretano hidrófobo (repelente al agua) con una capa intermedia de polímero hidrófilo (que atrae el agua). La membrana resultante se siente seca, aunque esté saturado de agua, y dado que las capas externas están cubiertas con orificios de aproximadamente un micrómetro de diámetro, el agua puede escapar de la capa intermedia al medio ambiente.

Una alternativa para las zonas afectadas por el calor

Cuando Stucki se dio cuenta de lo bien que funcionaba el transporte de agua a través de las distintas capas, se le ocurrió la idea de la cortina de enfriamiento. "La evaporación del agua requiere mucha energía, ", dice." El calor se extrae del aire, enfría y al mismo tiempo humedece el área circundante. "Los humidificadores convencionales funcionan de la misma manera, pero necesitan mucha energía, mientras que el sistema de Stucki es pasivo. "La luz del sol que cae a través de una ventana sobre la cortina proporciona suficiente energía para este tipo de aire acondicionado".

Tales cortinas podrían ser una verdadera bendición en regiones cálidas y áridas. En 2015, La población de la Península Arábiga sufrió una ola de calor con temperaturas superiores a los 50 ° C. Los científicos del clima pronostican temperaturas aún más altas y una aridez severa para las regiones desérticas, lo que podría llevar a que determinadas zonas climáticas se vuelvan inhabitables. La refrigeración de edificios y habitaciones es, por tanto, cada vez más imprescindible, pero devora grandes cantidades de electricidad. En los EE.UU, por ejemplo, alrededor del 15 por ciento del consumo de energía se puede atribuir a los equipos de aire acondicionado, y una gran cantidad de esta energía proviene de combustibles fósiles. La cortina de refrigeración pasiva sería una alternativa respetuosa con el medio ambiente y el clima.

Mayor desarrollo de una innovación anterior

Stucki llamó la atención en 2013 con su tesis de maestría en ETH Zurich, cuando desarrolló un nuevo material para uso en exteriores en muy poco tiempo. A diferencia de los textiles funcionales convencionales, no contiene compuestos de flúor, que son perjudiciales para el medio ambiente y la salud humana.

Su investigación actual hace uso de esa invención:funcionalizó su textil usando marcadores de posición, para lo cual mezcló pequeñas partículas de piedra de cal en el polímero líquido, que luego se procesa en el textil. A continuación, las partículas de piedra caliza se eliminan del material sólido con ácido clorhídrico o acético. de modo que se forman pequeños agujeros en los sitios de las nanopartículas. Estos son necesarios para que el material funcione y "respire". Las paredes exteriores de la cortina de enfriamiento están hechas de este material poroso para que la capa hidrófila intermedia pueda suministrar agua al área circundante.

Stucki utilizó un método desarrollado en 2012 por el profesor de ETH Wendelin Stark y su grupo para combinar las diferentes capas en un solo material. Estas capas no están pegadas entre sí, como es habitual en los procesos industriales; en lugar de, se colocan uno encima del otro en un disolvente adecuado, por lo que las capas externas se disuelven ligeramente y se conectan a la capa intermedia. Esta es la única forma en que los investigadores pueden asegurarse de que el material exterior de la membrana permanezca poroso.

Una prueba de concepto exitosa

Stucki pudo probar la funcionalidad básica de la cortina de enfriamiento mediante experimentos. Puso la membrana de triple capa en un baño de agua y midió la pérdida de agua en el área circundante a 30 ° C y 50 por ciento de humedad (entre 1,2 kg y 1,7 kg de agua por día y metro cuadrado). Los investigadores calcularon los resultados basándose en una casa cúbica con una longitud de pared de 10 m. A una temperatura exterior de 40 ° C y una temperatura interior de 30 ° C, la superficie de la cortina de 80m2 fue suficiente para disipar más calor que el suministrado por la luz del sol, lo que significa que la casa se enfrió pasivamente.

"Pudimos demostrar que nuestro sistema funciona fundamentalmente, "dice Stucki, "pero para comercializarlo, todavía tenemos muchas preguntas por resolver ". Por ejemplo, necesitan determinar cómo se comporta el material microbiológicamente, ya que las altas temperaturas y la humedad forman el caldo de cultivo ideal para el crecimiento de bacterias y hongos. Stucki dice, sin embargo, que el material sintético utilizado para la capa exterior podría reemplazarse con relativa facilidad con materiales antisépticos; esta es una de las ventajas de la funcionalización con nanopartículas de caliza.

Otro desafío es garantizar que la cortina pueda evaporar el agua en toda la superficie, lo que requerirá mejoras en el transporte de agua en la membrana. Tampoco está claro cuánto tiempo puede funcionar la membrana de manera estable.

Después de completar su doctorado en el verano, Stuck se concentrará en la comercialización de textiles para exteriores sin flúor. Actualmente está buscando socios financieros. Sin embargo, no ha descartado la posibilidad de que la nueva membrana también tenga potencial en el sector exterior, ya que es ideal para la regulación y eliminación del sudor, una de las propiedades más importantes de los textiles funcionales.