Materials que semblen impossibles: refredar edificis sense gastar electricitat
Descobreix com els materials de refrigeració radiativa poden refredar edificis sense gastar electricitat i ajudar a afrontar les onades de calor extrema del futur.
Materials que semblen impossibles: refredar edificis sense gastar electricitat
I si els edificis del futur poguessin rebutjar part de la calor del Sol sense necessitat d'engegar un aparell d'aire condicionat?
Imaginem un estiu en què les temperatures exteriors s'acosten als 45 o 50 °C en algunes zones. Les cases, les fàbriques i els edificis acumulen calor. Els aparells d'aire condicionat treballen intensament, augmenta el consum elèctric i, quan la demanda és molt elevada, la xarxa elèctrica pot patir una pressió considerable.
Ara imaginem una teulada capaç de reflectir la major part de la radiació solar i, al mateix temps, alliberar part de la calor que ha acumulat cap al cel, sense consumir electricitat per fer aquest procés.
No és ciència-ficció. És un camp d'investigació conegut com a refrigeració radiativa passiva.
El secret és enviar la calor cap al cel
Per entendre aquesta tecnologia, primer hem de recordar una cosa senzilla: tots els cossos que tenen una temperatura superior al zero absolut emeten radiació tèrmica. És una manera de transferir energia en forma d'ones electromagnètiques.
El Sol escalfa les teulades, les parets i les superfícies dels edificis. Alhora, aquestes superfícies emeten radiació infraroja, és a dir, calor.
Els investigadors han desenvolupat materials que aprofiten aquest fenomen de manera especial. Tenen dues propietats fonamentals:
Reflecteixen la radiació solar: impedeixen que una gran part de l'energia del Sol sigui absorbida per la superfície.
Emeten radiació infraroja: alliberen calor en una franja d'ones que pot travessar relativament bé l'atmosfera i escapar cap a l'espai.
Aquesta franja s'anomena finestra atmosfèrica, i se situa principalment entre les longituds d'ona de 8 i 13 micròmetres.
La combinació d'aquests dos efectes és el que fa especial aquesta tecnologia. El material absorbeix menys calor solar i, en condicions favorables, pot perdre més calor de la que rep. Així, la seva temperatura pot baixar fins i tot per sota de la temperatura de l'aire que l'envolta.
De quins materials estem parlant?
No es tracta d'un únic material misteriós, sinó d'una família de solucions que els científics estan investigant i desenvolupant.
Entre les més interessants hi ha:
Pintures especials de gran reflectivitat, dissenyades per reflectir la radiació solar i emetre calor infraroja.
Pel·lícules i recobriments polimèrics, que poden incorporar estructures microscòpiques per controlar com interactua la llum amb la superfície.
Materials multicapa, dissenyats per reflectir determinades longituds d'ona i emetre'n d'altres.
Materials porosos i compostos, que utilitzen la seva estructura interna per modificar les propietats òptiques i tèrmiques.
Algunes d'aquestes solucions ja s'han provat en superfícies exposades al sol i en aplicacions relacionades amb els edificis. D'altres encara necessiten millores per reduir costos, resistir millor la intempèrie i facilitar-ne la fabricació a gran escala.
Què passaria si a fora hi hagués 45 o 50 °C?
Aquesta és la pregunta que dona sentit a l'article.
Quan les temperatures exteriors són extremes, els edificis poden acumular molta calor. Les teulades i les façanes exposades al sol poden arribar a temperatures molt superiors a les de l'aire, especialment si són fosques o tenen poca capacitat de reflectir la radiació solar.
Un recobriment radiatiu podria ajudar a limitar aquest escalfament i, segons les condicions, refredar la superfície.
Però cal distingir tres resultats diferents:
Que la teulada s'escalfi menys. És un dels beneficis més directes i pot reduir la calor que entra a l'edifici.
Que la superfície quedi més freda que l'aire exterior. És possible en condicions favorables, però no està garantit.
Que l'interior de l'edifici es mantingui fresc sense aire condicionat. Això depèn també de l'aïllament, la ventilació, les finestres, les ombres, la massa tèrmica i la calor generada a l'interior.
Per tant, no podem prometre que una pintura especial mantindrà una casa a una temperatura confortable quan a fora hi hagi 50 °C. Sí que podem investigar fins a quin punt aquests materials poden reduir la càrrega tèrmica i la necessitat de refrigeració mecànica.
Per què no s'utilitza a tots els edificis?
Si la idea és tan interessant, per què no cobrim totes les teulades amb aquests materials?
Hi ha diversos obstacles:
Humitat i núvols: el vapor d'aigua i determinats núvols dificulten que la calor infraroja escapi cap a l'espai.
Durabilitat: la pluja, la pols, la radiació ultraviolada i l'envelliment poden reduir el rendiment.
Cost: alguns materials avançats requereixen processos de fabricació complexos.
Potència limitada: la quantitat de calor que poden dissipar per metre quadrat no sempre és suficient per cobrir les necessitats d'un edifici sencer.
Per això, una aplicació especialment prometedora és combinar aquests recobriments amb altres mesures: aïllament tèrmic, ombres, ventilació ben dissenyada i sistemes de refrigeració eficients.
Una nova manera d'afrontar la calor
Durant dècades, la resposta principal a la calor dins dels edificis ha estat utilitzar màquines que extreuen la calor de l'interior i la transfereixen a l'exterior. Aquests sistemes són importants, però necessiten energia i, quan funcionen massivament, poden contribuir a augmentar la demanda elèctrica durant les onades de calor.
La refrigeració radiativa passiva proposa complementar aquesta estratègia: en lloc de limitar-nos a extreure la calor quan ja ha entrat, podem dissenyar les superfícies perquè n'absorbeixin menys i n'alliberin una part directament cap al cel.
No és una solució universal, però sí una via tecnològica interessant per reduir la necessitat de refrigeració convencional.
La tecnologia al servei del futur
Les temperatures extremes ens obligaran a replantejar com construïm les cases, com dissenyem les ciutats i com utilitzem l'energia.
Potser una part de les solucions no vindrà únicament de màquines més potents, sinó també de materials capaços d'interactuar amb la radiació solar i la calor d'una manera més intel·ligent.
El repte és convertir els resultats dels laboratoris en solucions assequibles, duradores i eficaces en edificis reals, també en climes càlids i humits.
Aquesta és una de les grans qüestions de la innovació: no n'hi ha prou amb descobrir un fenomen físic. Cal transformar-lo en una tecnologia que funcioni quan les persones realment la necessiten.
Conclusió
Podrem refredar els edificis del futur sense gastar electricitat?
En part, és possible. La refrigeració radiativa passiva ja ha demostrat que determinades superfícies poden dissipar calor sense consumir electricitat per fer-ho. El que encara cal determinar és fins a quin punt aquests materials poden reduir la temperatura dels edificis i les necessitats de refrigeració en condicions reals d'estiu extrem.
Davant d'un futur amb onades de calor més exigents, aquesta tecnologia mereix atenció. No perquè pugui resoldre tota sola el problema, sinó perquè ens ofereix una nova manera de pensar la relació entre els edificis, l'energia i el medi ambient.
The Water Era, Understanding Water. Shaping the Future.
Comprendre els sistemes naturals i aprofitar el coneixement científic és també una manera de preparar-nos per al futur.
Fonts científiques per aprofundir-hi
Passive daytime radiative cooling: from mechanism to materials and applications — Materials Today Energy (2024)
Passive daytime radiative cooling: Moving beyond materials towards real-world applications — Next Energy (2024)
Advances in radiative cooling materials for building energy efficiency — Journal of Materials Chemistry A (2024)
Aquests materials no creen fred del no-res. Aprofiten les lleis de la física per reflectir energia solar i transferir calor cap a l'entorn i, en condicions favorables, cap a l'espai. Aquesta distinció és essencial per explicar la tecnologia amb rigor.
imatge Font: Suhendri et al. (2020), “Implementation of Passive Radiative Cooling Technology in Buildings: A Review”, Buildings, 10(12), article 215. MDPI. Llicència CC BY 4.0.
A The Water Era, explorem precisament aquesta relació entre ciència, aigua i futur.
La ciència ens ajuda a comprendre processos del planeta que no podem observar directament. La IA pot obrir noves possibilitats per analitzar-los.
2.
Groundwater: The Invisible Resource That Sustains Humanity
Conèixer i gestionar els recursos subterranis és un dels grans reptes en què les dades i les noves tecnologies poden ser útils.
3.
Atmospheric Rivers: Invisible Highways of Freshwater
Comprendre els moviments de l'aigua a l'atmosfera és fonamental per estudiar el clima i millorar la previsió de
4.
The Earth Has a Natural Battery
Un exemple de com la investigació científica pot revelar fenòmens naturals sorprenents i inspirar noves preguntes tecnològiques.
La intel·ligència artificial i futur: la gran inventora que ens fascina i ens fa por
Pere Castells Teulats
Investigador i divulgador científic