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El anterior papel prototipo de SkyCool en la sede de la compañía en Burlingame, California.

Cambio Climático

Un material que envía calor al espacio intenta reinventar el aire acondicionado

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En edificios de nueva construcción, podría reducir el consumo de energía para refrigeración en hasta un 70% y cerca de un 21% en verano para las edificaciones existentes. Además del ahorro a largo plazo, la tecnología podría ser una gran aliada contra las emisiones de efecto invernadero

  • por James Temple | traducido por Patricia R. Guevara
  • 15 Septiembre, 2017

El juvenil cofundador de SkyCool Systems Eli Goldstein abrió la puerta del garaje del taller de trabajo de esta spin-off de la Universidad de Stanford en Burlingame (EEUU) para meter dentro un conjunto de paneles cuadrados plateados. Estaban orientados hacia el Sol, cubiertos por lo que parecía una perfecta hoja de aluminio sin pliegues y unidos a un marco metálico que contenía una serie de tuberías, tubos y termómetros.

Ese día las temperaturas alcanzaron los 40 ºC en la Península de San Francisco (EEUU), marcando el comienzo de una rara y abrasadora ola de calor. Al caminar por delante de los paneles parecía que pasábamos ante un horno abierto.

Y ése es precisamente su objetivo. Los paneles de SkyCool son esencialmente espejos de alta tecnología, diseñados para enfriar edificios de manera mucho más eficiente que los sistemas de aire acondicionado tradicionales. Lo hace gracias a una extraña peculiaridad de la óptica que permite que una estrecha banda de radiación escape al espacio (ver El frío del espacio puede convertirse en recurso renovable contra el cambio climático). En función de la aplicación y las condiciones climáticas, la tecnología podría reducir la energía utilizada para enfriar las estructuras entre un 10% y un 70%, lo que a su vez reduciría una de las mayores fuentes de demanda de la red eléctrica y, en consecuencia, las emisiones de gases de efecto invernadero.

Para entender cómo funciona el sistema hace falta un poco de contexto. Todos los objetos emiten calor en forma de radiación infrarroja, una forma de luz invisible a la derecha del rojo en el espectro. El objetivo de las chaquetas, mitones y bufandas es retener tanto como sea posible ese calor radiante para mantener caliente a la gente en invierno. La propia atmósfera irradia también una parte del calor, principalmente en forma de moléculas de agua.

Pero hay una franja en el rango infrarrojo medio (con longitudes de onda entre ocho y 13 micrómetros, para los que llevan la cuenta) que se escapa a través de lo que se ha descrito como una "ventana al espacio". Los materiales que emiten radiación de este espectro, literalmente, la lanzan a las zonas frías del espacio o, por lo menos, a las de la atmósfera superior fría, lo que enfría las propias superficies por debajo de la temperatura del aire circundante. Este fenómeno natural es el responsable de las heladas en superficies a cielo abierto durante la noche, como ventanas de automóviles y briznas de hierba, incluso cuando las temperaturas no llegan a ser muy bajas.

Un desafío crítico para aprovechar este mecanismo consiste en que, durante el día, el calor del Sol compensa cualquier efecto de enfriamiento. Pero en una investigación publicada por primera vez en Nature a finales de 2014, los científicos de SkyCool Systems resolvieron el problema con un material avanzado, afinado para irradiar luz infrarroja en la gama que se desliza a través de la atmósfera. Colocado sobre un techo bajo la luz directa del Sol, el material se mantuvo 4,9 ºC por debajo de la temperatura ambiente, una "potencia de refrigeración de 40,1 vatios por metro cuadrado".

Tres de los investigadores involucrados en este trabajo cofundaron SkyCool Systems la primavera pasada en un esfuerzo por comercializar la tecnología. Goldstein es el jefe de Tecnología de la start-up; el autor principal del artículo y director ejecutivo de la empresa es Aaswath Raman, por cuyo trabajo se convirtió en uno de los 35 innovadores menores de 35 de MIT Technology Review en 2015; y el profesor de Stanford de Ingeniería Eléctrica Shanhui Fan actúa como asesor.

Los paneles de refrigeración radiativa pasiva de SkyCool están siendo evaluados en un ensayo de campo en Davis, California.Foto: Los paneles de refrigeración pasiva por radiación de SkyCool están siendo evaluados en un ensayo de campo en EEUU.

La semana pasada, los investigadores publicaron un artículo en Nature Energy en el que demuestran una versión a escala de la tecnología capaz de enfriar agua en movimiento. Mediante la instalación de paneles con tubos de agua fluyendo directamente debajo de ellos, los investigadores bajaron la temperatura del agua a 5 ºC durante tres días de pruebas. El resultado sugiere que la tecnología puede ser incorporada en los mecanismos de refrigeración existentes, sustituyendo o aumentando el componente del condensador usado en el aire acondicionado convencional y la refrigeración. Y los modelos de los investigadores sugieren que integrar la tecnología en un edificio de oficinas de dos pisos en Las Vegas (EEUU) reduciría la demanda de electricidad de refrigeración en un 21% durante el verano.

Su capacidad para adaptar el sistema a los edificios existentes y reducir los gastos de propietarios y inquilinos significa que su mercado potencial es enorme. Alrededor del 14% de la producción total de energía de Estados Unidos se utiliza para enfriar edificios residenciales y comerciales. El programa de lanzamientos espaciales ARPA-E del Departamento de Energía, que destinó más de 2,5 millones de euros a los investigadores de SkyCool en 2012, calcula que los paneles de refrigeración pasiva por radiación más avanzados podrían reducir entre un 10% y un 20% ese consumo y disminuir las demandas de carga máxima en la red eléctrica.

Y si los desarrolladores incorporaran un sistema de este tipo directamente en los nuevos edificios durante la fase de diseño, el ahorro sería mucho mayor, según el analista de energía del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste (EEUU) Nick Fernández. Si se acoplara a un sistema de enfriamiento radiante hidráulico (una manera rara pero altamente eficiente de enfriar edificios, que funciona mediante la circulación de agua en lugar de aire) los ahorros de energía para calefacción, refrigeración y ventilación podrían alcanzar casi el 70% de las condiciones climáticas ideales, según un análisis de simulación publicado en 2015 en el que Fernández fue el autor principal.

SkyCool no es la única empresa que va detrás de este mercado. En febrero, un equipo de ingenieros de la Universidad de Colorado en Boulder (EEUU), publicó un artículo en Science sobre un material híbrido de vidrio y polímero que logró "una potencia de refrigeración por radiación a mediodía de 93 vatios por metro cuadrado bajo la luz directa del Sol". Los investigadores subrayaron que ya han descubierto cómo producir de manera asequible rollos de material, "lo que lo convierte en una tecnología potencialmente viable a gran escala tanto para aplicaciones residenciales como comerciales", según una publicación de la universidad.

Al igual que el equipo de Stanford, los investigadores de Colorado recaudaron dinero de ARPA-E, solicitaron una patente, y formaron una empresa, Radi-Cool. Los científicos se encuentran en negociaciones con potenciales inversores y fabricantes, según el profesor de ingeniería mecánica Ronggui Yang, que es coautor del papel y director ejecutivo en funciones de la start-up.

Los investigadores de SkyCool, que han obtenido una cantidad limitada de fondos federales y privados adicionales, continúan mejorando la eficiencia de su material. Raman, el CEO de la start-up, se niega a discutir los posibles precios de los productos, pero cree que los costes iniciales se compensarán a largo plazo ​​por el ahorro de energía. Si un radiador de techo como los que SkyCool está desarrollando podría ser producido e instalado por menos de 50 céntimos por aproximadamente 0,1 metros cuadrados, el ahorro de energía cubriría la inversión en aproximadamente cinco años, según estimó el estudio del Pacific Northwest Lab.

La compañía está llevando a cabo una prueba de campo de su última generación de paneles en EEUU para evaluar si la tecnología es capaz de amplificar los sistemas de aire acondicionado y refrigeración comercial. El siguiente gran hito de SkyCool será una demostración a gran escala con un cliente o socio precoz, que Raman y Goldstein esperan comenzar el próximo año. Se dirigen a empresas con grandes necesidades de refrigeración, como supermercados y centros de datos, donde los ahorros de energía aumentan rápidamente. Las conversaciones con clientes potenciales ya han comenzado.

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