• Los resultados, publicados en Nano Materials Science, muestran cómo la temperatura de las superficies de los edificios puede reducirse en más de 7 °C mientras se reduce casi a la mitad la tasa máxima de liberación de calor en caso de incendio.
• Son fruto de una colaboración internacional entre el Instituto IMDEA Materiales y la Universidad Politécnica de Hong Kong.

Un equipo internacional de investigación ha demostrado cómo los recubrimientos convencionales de enfriamiento radiativo pueden optimizarse para reducir aún más la temperatura superficial de los edificios, disminuir el consumo energético y, al mismo tiempo, mejorar la seguridad frente al fuego.

Los recubrimientos de enfriamiento radiativo reducen pasivamente la temperatura de las superficies al reflejar la mayor parte de la luz solar incidente, mientras emiten calor en forma de radiación infrarroja (IR) a través de la atmósfera. Dado que sale más calor del que entra, la superficie se enfría por debajo de la temperatura del aire circundante, ayudando a reducir la temperatura interior.

Estos recubrimientos se basan en partículas microscópicas de dióxido de silicio (SiO₂), el mismo material presente en la arena y el vidrio, para dispersar la luz solar y emitir calor de forma eficiente. Las partículas suelen incorporarse a una resina polimérica de poliuretano (PU) para crear recubrimientos aplicables en cubiertas y fachadas, reduciendo el consumo energético y mejorando el confort interior.

Sin embargo, la nueva investigación lleva esta tecnología un paso más allá. Mediante la ingeniería de la estructura microscópica de las partículas hasta una forma dendrítica, similar a un árbol, el equipo logró crear un recubrimiento multifuncional mejorado.

“Los resultados experimentales y de simulación muestran que la reflectividad del SiO₂ dendrítico es mucho mayor que la del SiO₂ sólido, hueco o mesoporoso”, afirma el Dr. Wei Cai, uno de los autores de la publicación e investigador postdoctoral Marie Skłodowska-Curie en el Instituto IMDEA Materiales.

En concreto, los compuestos PU/SiO₂ dendrítico alcanzaron una reflectividad solar del 95,5% y una emisividad infrarroja del 94,5%. Como resultado, se obtuvieron reducciones de temperatura diurnas de 2 °C respecto a recubrimientos de PU convencionales y de 7,3 °C respecto a la temperatura ambiente.

El mejor rendimiento del recubrimiento se debe a que la estructura dendrítica genera un mayor número de interfaces, que dispersan la luz solar de forma más eficaz y aumentan la reflectividad. Además, los enlaces Si-O presentan una elevada emisividad infrarroja dentro de la ventana atmosférica.

Estas dos características confieren al material tanto alta reflectividad como alta emisividad infrarroja, mejorando aún más el enfriamiento radiativo y contribuyendo a reducir la temperatura del material.

“Esta disminución de temperatura confirma claramente su potencial para reducir el consumo energético necesario para la climatización de edificios”, añade el Dr. Cai.

Al mismo tiempo, la incorporación de las esferas de SiO₂ dendrítico en el recubrimiento polimérico también demostró aumentar significativamente su comportamiento frente al fuego.

En particular, la tasa máxima de liberación de calor (Peak Heat Release Rate, PHRR) del material se redujo en un 48,4%, disminuyendo casi a la mitad su intensidad máxima de combustión. En un escenario real, esto podría ralentizar la propagación del incendio y mejorar las condiciones de evacuación.

En esencia, las partículas diseñadas incrementan la viscosidad del polímero al calentarse, atrapando gases combustibles y formando una barrera protectora que ralentiza el crecimiento de las llamas y reduce la liberación de calor.

Este comportamiento dual aborda una limitación histórica de los materiales de enfriamiento radiativo, que normalmente no consideran la seguridad frente al fuego en aplicaciones constructivas.

“Los resultados proporcionan una nueva estrategia de diseño para materiales de construcción que combinan eficiencia energética y seguridad”, señala el Dr. Cai. “Esto podría permitir la implantación de recubrimientos de enfriamiento pasivo en edificios reales, especialmente en entornos urbanos cálidos donde el sobrecalentamiento y el riesgo de incendio son preocupaciones críticas”.

Este proyecto ha recibido financiación de la Unión Europea (SOLAR-MATER: Year-Round, Fire-Safe, and Sustainable Solar Management Materials; nº 101149333) y de la National Natural Science Foundation of China (nº 22205228). No obstante, las opiniones expresadas son únicamente responsabilidad de los autores y no reflejan necesariamente las de la Unión Europea ni las de la European Research Executive Agency (REA).