- El equipo UDCSolidos, del Centro Interdisciplinar de Química y Biología de la Universidade da Coruña (CICA), busca sustituir los componentes actuales de calefacción y refrigeración, perjudiciales para el medio ambiente, por otros más sostenibles y eficientes.
- El grupo acaba de recibir el apoyo de Ignicia, un programa impulsado por la Agencia Gallega de Investigación (Again) para transferir ciencia básica a la industria.
A Coruña, 20 de febrero de 2024.- Investigadores del área de Nanociencia y Tecnología del CICA llevan años estudiando las propiedades de ciertos materiales que pueden afrontar el reto actual de refrigerar y calentar viviendas y grandes superficies, a la vez que son menos contaminantes. En su último estudio, publicado en la revista Advanced Materials, detallan una nueva propiedad de los compuestos reticulares organometálicos (MOF): su capacidad respirocalórica permite que estos materiales regulen la temperatura aplicando presión a su estructura. El siguiente paso, comentan en el grupo UDCSolidos, es transferir este conocimiento básico a la industria.
La eficiencia energética ha cobrado gran importancia en los últimos años como una de las líneas de acción para mitigar nuestro impacto en el planeta. Para la Unión Europea, esta eficiencia debe buscarse en todos los ámbitos, tanto en el uso individual de la energía en nuestros hogares como en el ámbito público. Actualmente, los sistemas utilizados para refrigerar o calentar nuestros hogares y otros grandes espacios cerrados utilizan hidrofluorocarbonos, comúnmente conocidos como gases fluorados. Se sabe que muchos de estos gases, que se implementaron en la industria en la década de 1980 para prevenir el deterioro de la capa de ozono, tienen un potencial de calentamiento global mil veces mayor que el del CO₂, lo que significa que una tonelada de estos gases equivale a 1000 toneladas de dióxido de carbono.
Debido a este potencial de calentamiento global, es imperativo que la Unión Europea sustituya estos gases fluorados por otros compuestos. Por ello, desde 2014 existe una normativa que pretende eliminar su uso hasta en un 80 % para el año 2050. Además, la Directiva Europea de Eficiencia Energética de 2023 busca promover la sustitución de calderas de combustión por bombas de calor, que también utilizan gases refrigerantes. Con este objetivo, los investigadores del grupo UDCSolidos llevan años buscando nuevos materiales menos contaminantes, económicamente viables y capaces de satisfacer nuestras necesidades.
Juan Manuel Bermúdez García, investigador Ramón y Cajal del Grupo con el apoyo del programa InTalent UDC-Inditex, explica: «Nos encontramos en un contexto, también acelerado por la guerra en Ucrania, en el que queremos dejar de depender del gas natural. Debemos dejar de hacerlo a partir de 2026 y empezar a promover el uso de bombas de calor. ¿El problema? Que hoy en día solo el 2% de los hogares y edificios de países pertenecientes a la Unión Europea utilizan estos sistemas». Además, esta transición es más compleja si tenemos en cuenta que estas bombas de calor utilizan los gases fluorados mencionados.
Recientemente, estos investigadores publicaron un estudio en el que parecen haber encontrado una respuesta, y en este caso la solución se debe a una característica sorprendente: la propiedad respirocalórica de un compuesto híbrido (metálico y orgánico), el MOF-508b. Según Bermúdez García, estos materiales funcionarían de forma similar a nuestros pulmones, hinchándose al recibir CO₂ y desinflándose al expulsarlo. En medio de este proceso, se produciría un cambio en la estructura del material, además de los procesos de absorción de CO₂, lo que resultaría en un cambio térmico.
Este mecanismo fundamental de “respiración”, así como el compuesto MOF-508b, ya se conocían. Sin embargo, las propiedades respirocalóricas del cambio de temperatura se describieron por primera vez en este laboratorio del CICA.
Fue precisamente en este mismo laboratorio donde se descubrieron las perovskitas hace siete años, un término gallego acuñado para definir una familia de materiales sólidos que presentaban propiedades barocalóricas, es decir, efectos de enfriamiento mediante cambios estructurales debidos a la presión, pero sin absorber gases: «Hasta entonces, los materiales barocalóricos que se investigaban solo eran capaces de alterar la temperatura si se sometían a presiones del orden de 1.000 bares. Para que se hagan una idea, en la naturaleza solo encontramos esa presión en el punto más profundo del planeta, la Fosa de las Marianas. Imaginen la presión que supone tener una columna de agua de 11 kilómetros sobre la cabeza… no era viable implementarla en un sistema de refrigeración como un refrigerador, donde el material debe poder operar con una presión de unos 30 bares», resume el Dr. Bermúdez García. Sin embargo, el equipo de UDCSolidos logró sintetizar perovskita y producir cambios de temperatura con ella aplicando tan solo 70 bares de presión. Los resultados fueron muy prometedores, pero todavía había un obstáculo: “Los sistemas basados en estos materiales no eran capaces de enfriar lo suficiente, solo un par de grados”, recuerda el investigador.
Ahora, su hallazgo sobre las propiedades respirocalóricas del MOF-508b parece sortear esta dificultad técnica, ya que este material requiere una presión mucho menor, de tan solo 16 bares, y es capaz de enfriarse hasta -10 °C. Además, este material también puede calentarse hasta 56 °C, por lo que sería útil tanto para sistemas de refrigeración como de calefacción.
Como siempre, en ciencia, los grandes descubrimientos se hacen en equipo. En este caso, el grupo UDCSolidos, dirigido por María Antonia Señarís-Rodríguez, contó con la estrecha colaboración de otros investigadores de la propia Universidad de A Coruña, como el grupo de investigación de Propiedades Térmicas y Reológicas de Ramón Artiaga y Jorge López Beceiro, el grupo de Ingeniería Energética de Álvaro Baaliña, y la investigadora Sonia Zaragoza, ingeniera industrial con amplia experiencia en empresas del sector de la refrigeración.
Según Bermúdez García, «nuestro siguiente paso es implementar todo este conocimiento y llevarlo a la industria. Para ello, necesitamos, entre otras cosas, ampliar la producción de nuestros materiales a mediana escala, identificar el mercado más adecuado para nuestros refrigerantes y construir un prototipo que pueda operar en condiciones reales».
El grupo recibió apoyo de la Agencia Gallega de Innovación (GAIN) dentro del programa «Ignicia, prueba de concepto». Ignicia promueve el desarrollo de aplicaciones comerciales basadas en la investigación realizada en centros de Galicia: «En esta ocasión, nos concedieron 433.000 euros para un proyecto de dos años, y gracias a esta convocatoria podremos madurar el desarrollo tecnológico, lanzar un plan de negocio y presentar nuestra tecnología en ferias especializadas del sector o en encuentros con empresas. En el futuro, nuestra idea es alcanzar acuerdos de licencia con multinacionales o incluso constituir nuestra propia empresa basada en esta tecnología», añade el investigador.
Foto: Juan Manuel Bermúdez García, investigador Ramón y Cajal con el apoyo del programa InTalent UDC-Inditex del equipo UDCSolidos, del Centro Interdisciplinar de Química y Biología de la Universidad de A Coruña (CICA)
Publicado por:
Oficina de Comunicación de la UDC