Esta imagen infrarroja muestra que el patrón P pintado con la pintura de enfriamiento radiativo Purdue es mucho más frío que el fondo pintado con pintura comercial
Esta imagen infrarroja muestra que el patrón P pintado con la pintura de enfriamiento radiativo Purdue es mucho más frío que el fondo pintado con pintura comercial. Crédito: Xiangyu Li.

Un grupo de científicos ha desarrollado una pintura blanca que se enfría por debajo de la temperatura de su entorno incluso bajo la luz solar directa. Su investigación, publicada hoy 21 de octubre en la revista Cell Reports Physical Science, demuestra una tecnología de enfriamiento radiativo que podría usarse en pinturas comerciales, que podría ser menos costosa de fabricar y que refleja pasivamente el 95,5% de la luz solar que llega a su superficie hacia el espacio exterior. Por el contrario, las pinturas que rechazan el calor comerciales que se encuentran actualmente en el mercado sólo reflejan entre el 80% y el 90% de la radiación solar y no pueden alcanzar temperaturas inferiores a la ambiente.

Durante los meses de verano y en regiones con climas cálidos, la mayoría de los edificios dependen de los sistemas de aire acondicionado convencionales para transferir el calor del ambiente interior al exterior. Estos sistemas requieren energía, emiten un exceso de calor que transforma las ciudades en “islas de calor” y contribuyen a la crisis climática. Pero mientras que los científicos han tratado de desarrollar pinturas de enfriamiento radiativo desde la década de 1970, las pinturas desarrolladas anteriormente no han sido capaces de reflejar suficiente luz solar para funcionar como alternativas viables y comercializables a los acondicionadores de aire tradicionales.

“Nuestra pintura de enfriamiento es compatible con el proceso de fabricación de pinturas comerciales y el costo puede ser comparable o incluso menor”

Es una tarea persistente desarrollar una solución de enfriamiento radiativo por debajo del ambiente que ofrezca una conveniente forma de pintura de matriz de partículas de una sola capa y alta confiabilidad“, comenta Xiulin Ruan, profesor de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad Purdue en Indiana y autor del estudio. “Esto es fundamental para la amplia aplicación del enfriamiento radiativo y para aliviar el efecto del calentamiento global“.

Para desarrollar una pintura de enfriamiento radiativo comercialmente aplicable, Ruan y sus compañeros de investigación utilizaron rellenos de carbonato de calcio, un compuesto abundante en la tierra, en lugar de partículas estándar de dióxido de titanio, ya que los rellenos tienen grandes espacios de banda (diferencias de energía entre la banda de electrones de valencia y la parte inferior del banda de electrones de conducción) que ayudan a minimizar la cantidad de luz ultravioleta que absorbe la pintura. Los investigadores también aprovechan una alta concentración de partículas del 60%, que aumenta la dispersión de la luz solar, así como una amplia distribución del tamaño de partículas en lugar de un solo tamaño de partícula para una dispersión eficiente de banda ancha.

El profesor Xiulin Ruan (izquierda) y el estudiante de doctorado Joseph People (derecha) estudian la pintura de enfriamiento radiativo Purdue y las muestras de pintura comercial colocadas una al lado de la otra
El profesor Xiulin Ruan (izquierda) y el estudiante de doctorado Joseph People (derecha) estudian la pintura de enfriamiento radiativo Purdue y las muestras de pintura comercial colocadas una al lado de la otra. Crédito: Jared Pike.

Para demostrar cómo estas modificaciones mejoraron las capacidades de enfriamiento radiativo de la pintura, los investigadores realizaron pruebas de enfriamiento en West Lafayette, Indiana, durante un período de dos días. La muestra de pintura permaneció 10ºC por debajo de la temperatura ambiente durante la noche y al menos 1,7ºC por debajo de la temperatura del entorno cuando el Sol estaba en su cénit. Se demostró que la potencia de enfriamiento excedía los 37 W/m2 bajo el sol directo. Ruan y su equipo realizaron una segunda prueba en la que se pintó parte de un patrón con esta nueva pintura, mientras que otra parte se pintó con una pintura blanca comercial del mismo grosor. Una cámara de infrarrojos reveló que la pintura acrílica a base de carbonato de calcio podía mantener una temperatura más baja bajo la luz solar directa que su contraparte comercial.

Ruan espera que la tecnología pueda beneficiar a una amplia gama de industrias, incluidos edificios residenciales y comerciales, centros de datos, almacenes, almacenamiento de alimentos, automóviles, equipos eléctricos para exteriores, infraestructuras militares y vehículos utilitarios. La pintura se puede aplicar directamente a los edificios para reducir los costos de refrigeración. Dado que la pintura carece de componentes metálicos, las empresas de telecomunicaciones pueden usarla para evitar el sobrecalentamiento del equipo exterior, un paso importante para habilitar la red 5G.

Esta pintura de enfriamiento puede incluso usarse para combatir el cambio climático, ya que rechaza la luz solar e irradia calor al espacio“, afirma Ruan.

A continuación, los investigadores planean realizar estudios de confiabilidad a largo plazo para probar la resistencia de la pintura a la exposición a la luz ultravioleta, el polvo, la adherencia de la superficie, el agua y el detergente para garantizar su función como producto comercial final.

Nuestra pintura es compatible con el proceso de fabricación de pinturas comerciales y el costo puede ser comparable o incluso menor“, concluye Ruan. “La clave es garantizar la confiabilidad de la pintura para que sea viable en aplicaciones exteriores a largo plazo“.

Fuente: Cell Reports Physical Science.

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