Desarrollan un innovador material de construcción inspirado en la naturaleza para mejorar la eficiencia energética de los edificios

Inspirándose en la forma en que los conejos orejudos y los elefantes regulan su temperatura corporal, investigadores de la Universidad de Drexel han desarrollado un nuevo material de construcción con el potencial de revolucionar la eficiencia energética en edificaciones. El avance busca abordar un desafío crítico en el sector de la construcción: reducir el consumo energético de los edificios, que actualmente representa cerca del 40% del total mundial.

El equipo científico, liderado por el profesor Amir Farnam del Laboratorio de Materiales de Infraestructura Avanzada (AIM Lab), ha creado un sistema de calefacción y enfriamiento pasivo integrando una red de canales vasculares en materiales a base de cemento. Estos canales, similares a los vasos sanguíneos, se rellenan con un material de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés) basado en parafina, capaz de absorber y liberar calor a medida que cambia de estado entre sólido y líquido.

“El diseño se inspira directamente en los sistemas naturales de regulación térmica,” explicó Farnam. “Así como los vasos sanguíneos en las orejas de los elefantes y los conejos disipan calor cuando hace calor, nuestros materiales replican ese mecanismo para controlar la temperatura en superficies de concreto" añadió.

Desafíos

Uno de los principales desafíos en la eficiencia energética de los edificios radica en sus superficies: paredes, techos y suelos son responsables de alrededor del 63% de la pérdida de energía, incluso con métodos modernos de aislamiento. Esto se agrava en construcciones con amplias superficies acristaladas, donde se sacrifica aislamiento en favor de la estética, según explica Rhythm Osan, estudiante de ingeniería y coautor del estudio.

La tecnología propuesta convierte esa debilidad estructural en una fortaleza funcional. Mediante impresión 3D, los investigadores crearon matrices poliméricas que delinean los canales vasculares en el cemento. Luego, estos canales se rellenaron con parafina, que regula la temperatura de las superficies al absorber o liberar calor, dependiendo del entorno.

Robin Deb, científico del AIM Lab, destacó la elección del PCM: “Optamos por una parafina con un punto de fusión cercano a los 18 °C para su efectividad en climas fríos. Sin embargo, el sistema puede adaptarse a climas cálidos seleccionando otros materiales.”

Configuraciones

El equipo probó múltiples configuraciones de canales, desde patrones lineales hasta diseños en forma de diamante. Este último demostró ser el más eficaz, manteniendo tanto la integridad estructural como una regulación térmica de hasta 1,25 °C por hora respecto a la temperatura ambiente. Esta capacidad podría aliviar significativamente la carga sobre los sistemas HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado), uno de los mayores consumidores de energía en los edificios.

“Encontramos que una mayor superficie vascular mejora el rendimiento térmico, al igual que ocurre en los organismos vivos,” añade Deb.

Además, se descubrió que el agregado de materiales finos al cemento mejora su resistencia sin comprometer la capacidad térmica, lo que amplía las posibilidades de aplicación práctica de esta tecnología.

Aunque la investigación aún se encuentra en fase experimental, los resultados abren la puerta a futuras implementaciones a gran escala. El próximo paso del equipo será probar distintos materiales de cambio de fase y estructuras de canal en condiciones ambientales más variadas y durante periodos prolongados.

“Estos resultados son una base sólida para el desarrollo de materiales de construcción más inteligentes y sostenibles,” concluyó Farnam. “Creemos que esta innovación puede ser un componente clave en los esfuerzos globales por reducir la huella energética de nuestras edificaciones.”