La nueva pintura brinda un aislamiento adicional, lo que supone un ahorro en energía, costos y emisiones de carbono

14 de agosto de 2023

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por Mark Golden, de la Universidad de Stanford

Científicos de la Universidad de Stanford han inventado un nuevo tipo de pintura que puede mantener las casas y otros edificios más frescos en verano y más cálidos en invierno, lo que reduce significativamente el uso de energía, los costos y las emisiones de gases de efecto invernadero.

La calefacción y la refrigeración de espacios representan alrededor del 13 % del uso mundial de energía y alrededor del 11 % de las emisiones de gases de efecto invernadero. Las nuevas pinturas redujeron la energía utilizada para la calefacción en aproximadamente un 36 % en experimentos que utilizaron ambientes fríos artificiales, según un estudio publicado hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences. Redujeron la energía necesaria para la refrigeración en casi un 21 % en condiciones de calor artificial. En simulaciones de un edificio de apartamentos típico de media altura en diferentes zonas climáticas de los Estados Unidos con la pintura nueva en las paredes exteriores y los techos, el uso total de energía para calefacción, ventilación y aire acondicionado disminuyó un 7,4 % en el transcurso de un año.

"Se pronostica que la energía y las emisiones de la calefacción seguirán cayendo debido a las mejoras en la eficiencia energética, pero el uso del aire acondicionado está aumentando, especialmente en las economías en desarrollo en un mundo que se calienta", dijo el autor principal del estudio, Yi Cui, profesor de ciencia e ingeniería de materiales. , de ciencia e ingeniería energética, y de ciencia de fotones en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC.

"Tanto para la calefacción como para el aire acondicionado, debemos reducir la energía y las emisiones a nivel mundial para cumplir con nuestros objetivos de cero emisiones", dijo Cui, quien dirige el Instituto Precourt para la Energía y el Acelerador de Sostenibilidad, ambos dentro de la Escuela de Sostenibilidad Stanford Doerr. "La forma de reducir el intercambio de calor entre la vida humana y los espacios de trabajo y su entorno está recibiendo más atención, y se demandan nuevos materiales para mejorar el aislamiento, como películas de baja emisividad para ventanas".

Las pinturas actuales de baja emisividad suelen tener un color plata metalizado o gris, cuya estética limita su uso. Las pinturas recién inventadas tienen dos capas que se aplican por separado: una capa inferior reflectante de infrarrojos que utiliza escamas de aluminio y una capa superior transparente de infrarrojos ultrafina que utiliza nanopartículas inorgánicas que se presenta en una amplia gama de colores. El espectro infrarrojo de la luz solar provoca el 49% del calentamiento natural del planeta cuando es absorbido por las superficies.

Para mantener el calor afuera, la pintura se puede aplicar a las paredes y techos exteriores. La mayor parte de esta luz infrarroja atraviesa la capa de color de las pinturas nuevas, se refleja en la capa inferior y vuelve a salir como luz, sin ser absorbida por los materiales de construcción en forma de calor. Para mantener el calor en el interior, las pinturas se aplican a las paredes interiores, donde nuevamente, la capa inferior refleja las ondas infrarrojas que transfieren energía a través del espacio y son invisibles para el ojo humano.

Específicamente, hasta alrededor del 80% de la luz infrarroja media alta es reflejada por las pinturas, haciendo la mayor parte del trabajo de mantener el calor en el interior durante el clima frío y en el exterior durante el clima cálido. La capa de color también refleja algo de luz infrarroja cercana, lo que mejora la reducción del aire acondicionado. El equipo de investigación probó sus pinturas en blanco, azul, rojo, amarillo, verde, naranja, morado y gris oscuro. Eran 10 veces mejores que las pinturas convencionales en los mismos colores para reflejar la luz infrarroja media alta, encontraron los investigadores.

Las pinturas se pueden aplicar más allá de los edificios para mejorar la eficiencia energética en otros lugares. Por ejemplo, podrían cubrir camiones y vagones de tren utilizados para el transporte refrigerado, en los que los costos de refrigeración pueden representar hasta la mitad del presupuesto de transporte.

"Ambas capas se pueden rociar sobre una variedad de superficies de varias formas y materiales, lo que proporciona una barrera térmica adicional en muchas situaciones diferentes", dijo Yucan Peng, coautora principal del estudio, quien completó su doctorado. en ciencia de materiales en Stanford en 2020 y ahora es becaria postdoctoral en el Laboratorio Geballe de Materiales Avanzados de Stanford.

Los investigadores también evaluaron qué tan prácticas serían sus pinturas en varias situaciones. Ambas capas son repelentes al agua, lo que debería mejorar la estabilidad en ambientes húmedos. Las superficies pintadas se pueden limpiar fácilmente con un paño húmedo o con agua, informan los investigadores. Además, el rendimiento y la estética de las pinturas no disminuyeron después de la exposición continua durante una semana a alta temperatura (176 grados Fahrenheit), baja temperatura (-320,5 grados Fahrenheit), así como ambientes de alta y baja acidez. De hecho, la pintura incrementó levemente el uso del aire acondicionado en algunas ciudades de EE. UU., pero ningún lugar mostró una mayor carga total de HVAC.

"Nuestro equipo continúa trabajando en el perfeccionamiento de las formulaciones de pintura para aplicaciones prácticas", dijo el otro coautor principal del estudio, Jian-Cheng Lai, un becario postdoctoral asesorado por Zhenan Bao, profesor de ingeniería química. 'Por ejemplo, las soluciones a base de agua serían más respetuosas con el medio ambiente que los disolventes orgánicos que utilizamos. Eso podría facilitar la comercialización de las pinturas.'

Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias

Proporcionado por la Universidad de Stanford