Tercer Milenio
En colaboración con ITA
Detective de la ciencia
Diseñan un tejido que refresca cuando hace calor. La clave: un fenómeno explotado desde hace siglos
Un innovador tejido promete mantenernos frescos pese al calor. Aplica un fenómeno natural: el enfriamiento radiativo, explotado desde la antigüedad.
La invención de un nuevo y revolucionario tejido que promete mantenernos frescos cuando la canícula apriete gracias a la aplicación del fenómeno natural del enfriamiento radiativo haría las delicias del ingeniero y químico francés Félix Trombe…, aunque a los persas del siglo IV a.C. no les resultaría tan sorprendente.
En un mundo sobrecalentado y sometido a intensas y cada vez más frecuentes y prolongadas olas de calor que se cobran numerosas vidas, se antoja fundamental disponer de sistemas de refrigeración pasivos (que no requieren un consumo energético) eficientes. Y también de prendas de ropa que eviten que nos recalentemos y nos mantengan frescos. En esta línea de actuación, un equipo de investigadores de la Universidad de Chicago ha diseñado un tejido con esa capacidad al bloquear el calor procedente del exterior -el procedente del sol pero también del reemitido por los edificios y el asfalto del entorno en el que vivimos y, al mismo tiempo emitir calor en forma de energía radiante.
Un éxito alcanzado a partir de la aplicación del fenómeno natural denominado enfriamiento radiativo (por radiación o radiante). Y un invento que al mismo tiempo remite al Oriente próximo del siglo IV a.C. y a las pioneras investigaciones efectuadas en las décadas de 1960-70 por el químico e ingeniero francés Felix Trombe.
Enfriamiento radiativo
En esencia, el enfriamiento radiativo es la capacidad de un cuerpo de enfriarse al emitir parte de su calor al entorno en forma de energía radiante. Desde un punto de vista termodinámico, el calor siempre fluye desde un cuerpo o entorno caliente a uno más frío, lo que significa que este intercambio de calor es limitado cuando el entorno se encuentra a una temperatura similar a la del cuerpo en cuestión.
Así pues, la clave del enfriamiento radiativo reside en el hecho de que la atmósfera es permeable o transparente en un rango de longitudes de onda de entre 8-13 picómetros (que corresponde con el infrarrojo medio). Es decir, permite el paso a su través de ondas dentro de ese rango de longitudes de onda.
Una ventana que además se solapa bastante con el pico de emisión de un cuerpo negro, descrito por la Ley de Planck. ¿Qué significa esto? Que cualquier cuerpo puede rebajar su temperatura y enfriarse más que su entorno radiando parte de su calor a través de esta ventana atmosférica al frío espacio exterior (que con una temperatura de 3 K es un insaciable receptor de energía calorífica).
El enfriamiento radiativo es relativamente fácil de alcanzar durante la noche en ambientes secos y despejados. Cuando la ausencia de radiación solar hace descender la temperatura ambiente. Y, de hecho, la humanidad ha sabido sacar partido de este fenómeno natural desde tiempos inmemoriales, siendo probablemente el ejemplo más impactante los 'yakhchals': 'congeladores' ideados por los habitantes de Oriente próximo varios siglos a.C. Estos congeladores no dejaban de ser pozos o piscinas con una estructura que permitía que el agua almacenada se enfriase hasta congelarse y convertirse en hielo durante las frías noches del desierto.
Por el día
El verdadero reto, no obstante, es alcanzar el enfriamiento radiativo diurno, es decir, cuando la radiación solar caldea el entorno y calienta a todos los cuerpos y objetos (muchas veces en exceso, como ya hemos comentado). Lo que nos traslada a la Francia de las décadas de 1950-70. Época en las que desarrolló su trabajo Félix Trombe, un químico y ingeniero francés pionero en la investigación de la energía solar y de los sistemas de enfriamiento y calentamiento pasivo.
Trombe, experto conocedor de la atmósfera y de sus condiciones, fue uno de los primeros en identificar la ventana atmosférica que determina el enfriamiento radiativo y, a partir de ello, conjeturó que sería posible alcanzar el enfriamiento radiativo diurno si se lograse contar con un material capaz de reflejar la práctica totalidad de la energía solar incidente y una elevada emisividad en el rango de las longitudes de onda correspondientes a la referida ventana. Una hipótesis que planteó tras percatarse de que el teflón, un novedoso polímero inventado en la década de 1930, presentabas dichas características y a raíz de ello investigar y experimentar con contenedores construidos con dicho material.
No obstante y a pesar tanto de las investigaciones de Trombe como de las posteriores desarrolladas por otros científicos y equipos, hubo que esperar hasta 2014, cuando un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford efectuó la primera demostración práctica de enfriamiento radiativo diurno tras diseñar una estructura consistente en una serie de capas dieléctricas dispuestas sobre una de plata. Esta última reflejaba la radiación incidente, en tanto que la multicapa dieléctrica presentaba una elevada emisividad térmica en la región infrarroja del espectro deseada.
Tres capas
Lo que nos devuelve a la investigación actual en la que el revolucionario tejido enfriador está constituido por tres capas: la interior de un tejido normal como lana o algodón. La intermedia, una malla de nanofibras de plata que refleja prácticamente toda la radiación incidente -tanto la solar como la reemitida por los edificios y el suelo-. Y la más externa, de polimetilpenteno que no absorbe ni refleja apenas radiación, pero presenta una importante emisividad selectiva en el rango deseado. Una estructura interna que permite que la temperatura del material se mantenga casi 9ºC más frío que los tejidos normales.
