El investigador Juan Manuel Bermúdez, del grupo UDCSolidos, dando una conferencia sobre sus últimos resultados hoy en el CICA. / Fotografía: equipo de Comunicación del CICA.
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El equipo de UDCSolidos busca sustituir los actuales componentes de calefacción y refrigeración, dañinos para el medioambiente, por otros más sostenibles y eficientes
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El grupo acaba de recibir una ayuda Ignicia, un programa impulsado por la Axencia Galega de Investigación para trasladar la ciencia básica a la industria
A Coruña, 20 de febrero
Investigadores del área de Nanociencia y Tecnología del CICA llevan años estudiando las propiedades de ciertos materiales que puedan hacer frente al actual reto de refrigerar y caldear hogares y grandes superficies siendo menos contaminantes. En su último estudio, publicado en la revista Advanced Materials, detallan una nueva propiedad de los compuestos reticulares organo-metálicos (MOFs en inglés): su capacidad respiro-calórica permite a estos materiales regular la temperatura aplicando una presión sobre su estructura. El siguiente paso, comentan en el grupo de UDCSolidos, es trasladar este conocimiento básico a la industria.
Un reto económico y científico
La eficiencia energética ha cobrado relevancia en los últimos años como una de las líneas de actuación para mitigar nuestro impacto en el planeta. Para la Unión Europa, esta eficiencia debe buscarse en todos los ámbitos, tanto en el uso individual que hacemos de la energía en nuestros hogares como en la esfera pública. Actualmente, los sistemas que se emplean para enfriar o calentar nuestros hogares y otros grandes espacios cerrados utilizan hidrofluorocarbonos, denominados comúnmente como gases fluorados. Se sabe que muchos de estos gases, que se implementaron en la industria en los años 80 para evitar el deterioro de la capa de ozono, tienen un potencial de calentamiento global del orden de mil veces superior al potencial del CO₂, lo cual quiere decir que una tonelada de estos gases equivale a 1.000 toneladas de dióxido de carbono.
Debido a este potencial de calentamiento global, es un imperativo para la Unión Europea sustituir estos gases fluorados por otros compuestos. Por ello, desde 2014 existe una normativa a partir de la cual se pretende eliminar su uso hasta en un 80 % para al año 2050. Además, la Directiva Europea de Eficiencia Energética de 2023 busca impulsar la sustitución de las calderas de combustión por bombas de calor, que también utilizan gases refrigerantes. Con este objetivo en mente, los investigadores del grupo UDCSolidos llevan años buscando nuevos materiales que resulten menos contaminantes, viables desde un punto de vista económico y capaces de satisfacer nuestras necesidades.
Juan Manuel Bermúdez García, investigador Ramón y Cajal del grupo con apoyo del programa UDC-Inditex InTalent, explica: “Nos encontramos en un contexto, acelerado además por la guerra en Ucrania, en el cual queremos dejar de depender del gas natural. Debemos dejar de hacerlo a partir del año 2026, y empezar a promover el uso de las bombas de calor. ¿El problema? Que hoy en día solo un 2 % de todas las casas y todos los edificios que se encuentran dentro de países pertenecientes a la Unión Europea utilizan estos sistemas”. Por si fuera poco, esta transición resulta más complicada si se tiene en cuenta que estas bombas de calor utilizan los ya mencionados gases fluorados.
Materiales que respiran
Recientemente, estos investigadores han publicado un estudio en el que parecen haber dado con una respuesta, y en este caso la solución se debe a una característica sorprendente: la propiedad respiro-calórica de un compuesto híbrido (metálico y orgánico), el MOF-508b. Según Bermúdez García, estos materiales funcionarían de un modo similar al de nuestros pulmones, inflándose cuando reciben CO₂ y desinflándose al expulsarlo. En medio de este proceso se produciría un cambio en la estructura del material además de procesos de adsorción de CO2, teniendo como consecuencia un cambio térmico.
Este mecanismo fundamental de “respiración” así como el compuesto MOF-508b ya se conocían. Sin embargo, las propiedades respiro-calóricas de cambio de temperatura se han descrito por primera vez en este laboratorio del CICA.
Precisamente en este mismo laboratorio se descubrieron hace siete años las Perovskiñas, termino gallego acuñado para definir una familia de materiales sólidos que presentaban propiedades barocalóricas, es decir, efectos de refrigeración mediante cambios estructurales por presión, pero sin adsorción de gases: “Hasta entonces, los materiales barocalóricos que se investigaban solo eran capaces de alterar la temperatura si eran sometidos a presiones del orden de 1.000 bar. Para que nos hagamos una idea, en la naturaleza solo encontramos esa presión en el punto más profundo del planeta, la fosa de las marianas. Imagina la presión que supone tener una columna de 11 kilómetros de agua sobre tu cabeza… no era viable para implementarlo en un sistema de refrigeración como una nevera, donde el material debe ser capaz de funcionar con una presión de unos 30 bar”, resume el doctor Bermúdez García. Sin embargo, el equipo de UDCSolidos logró sintetizar la perovskiña y producir con ella cambios en la temperatura aplicando tan solo 70 bar de presión. Los resultados eran muy prometedores, pero todavía existía un obstáculo: “Los sistemas basados en estos materiales no eran capaces de enfriar lo suficiente, tan solo un par de grados”, recuerda el investigador.
Ahora, su hallazgo sobre las propiedades respiro-calóricas del MOF-508b parece sortear esta dificultad técnica, ya que este material requiere una presión mucho menor, de tan solo 16 bar, y es capaz de enfriar hasta -10 oC. Además, este material también puede calentarse hasta alcanzar los 56 oC, por lo que serviría tanto para sistemas de refrigeración como de calefacción.
Como siempre, en ciencia los grandes descubrimientos se hacen en equipo. En este caso, el grupo UDCSolidos, liderado por María Antonia Señarís-Rodríguez, ha contado con la estrecha colaboración de otros investigadores de la propia Universidade de A Coruña, como es el caso del grupo de investigación de Propiedades Térmicas y Reológicas de Ramón Artiaga y Jorge López Beceiro, con el grupo de Ingeniería Energética de Álvaro Baaliña, y con la investigadora Sonia Zaragoza, ingeniera industrial con amplia experiencia en empresas del sector de la refrigeración.
El camino hacia la industria
Según Bermúdez García, “ahora nuestro siguiente paso es implementar todo este conocimiento y llevarlo a la industria. Para ello necesitamos, entre otras cosas, ampliar la producción de nuestros materiales a mediana escala, identificar el mercado más adecuado para nuestros refrigerantes, y construir un prototipo que pueda operar en condiciones reales”.
El grupo ha recibido una ayuda de la Axencia Galega de Innovación (GAIN) dentro del programa Ignicia, prueba de concepto. Ignicia promueve el desarrollo de aplicaciones comerciales a partir de investigaciones que se lleven a cabo en centros de Galicia: “En esta ocasión nos han concedido 433.000 euros dentro de un proyecto de dos años, y gracias a esta convocatoria podremos madurar el desarrollo tecnológico, poner en marcha un plan de negocio, y mostrar nuestra tecnología en ferias especializadas del sector o encuentros con empresas. En el futuro, nuestra idea es poder llegar a acuerdos de licencia con empresas multinacionales o incluso establecer nosotros mismos una empresa basada en esta tecnología”, añade el investigador.
REFERENCIA: Gelpi, M., García‐Ben, J., Rodríguez‐Hermida, S., López‐Beceiro, J., Artiaga, R., Insua, Á. B., Gómez, M. R., Romero‐Gómez, J., Zaragoza, S., Salgado‐Beceiro, J., Walker, J., McMonagle, C. J., Castro-Garcı́A, S., Andújar, M., Señarís‐Rodríguez, M. A., & Bermúdez‐García, J. M. (2023). Empowering CO2 Eco‐Refrigeration with Colossal Breathing‐Caloric‐Like Effects in MOF‐508b. Advanced Materials. https://doi.org/10.1002/adma.202310499