Al mediodía de un día soleado de verano, la temperatura de un techo plano convencional de color oscuro puede alcanzar los 150 grados Fahrenheit (65 grados Celsius), según el Departamento de Energía de EE. UU . Ese calor también calentará el interior de un edificio o una casa, lo que hará necesario el uso de aire acondicionado , un gasto de energía que, a su vez, a menudo requiere quemar combustibles fósiles en las plantas de energía eléctrica, cuyas emisiones contribuyen a la progresión del cambio climático. Es un problema molesto que podría resolverse fácilmente, si solo tuviéramos techos que reflejaran la energía solar hacia el cielo, en lugar de absorberla.
La pintura más blanca jamás creada
Es por eso que el desarrollo de los investigadores de la pintura más blanca jamás creada , una formulación "ultrablanca" que refleja hasta el 98,1 por ciento de la luz solar, podría convertirse en un gran problema en el esfuerzo por reducir el consumo de energía y combatir el calentamiento de nuestro planeta. El avance se detalla en este artículo , publicado el 15 de abril de 2021 en Applied Materials & Interfaces, una revista de la American Chemical Society (ACS).
"Esta pintura no solo refleja la mayor parte de la luz solar para evitar el sobrecalentamiento, sino que también se enfría más que el aire que la rodea, incluso bajo la luz solar directa" , dice Xiangyu Li , el primer autor del artículo, por correo electrónico. Es un investigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de Massachusetts que trabajó en el proyecto mientras estaba en la escuela de posgrado en Purdue. (Sus coautores incluyen a Joseph Peoples , Peiyan Yao y el autor correspondiente Xiulin Ruan , profesor de ingeniería mecánica en Purdue, quien dirige el Laboratorio de Conversión y Transporte de Energía a Nanoescala de la universidad ).
"De alguna manera, es efectivamente un acondicionador de aire sin consumir electricidad", dice Li.
La pintura no solo absorbe muy poca energía de la luz solar, sino que también emite energía térmica en el rango infrarrojo de regreso a la atmósfera, de modo que viaja fuera y lejos de la Tierra. "Ambos efectos ayudan a reducir las necesidades de electricidad o refrigeración", dice Li.
Los investigadores han estado tratando de hacer pinturas que podrían usarse en enfriamiento pasivo desde la década de 1970, pero la mayoría de ellas han absorbido demasiada luz solar, por lo que no brindan ningún efecto de enfriamiento durante el día, explica Li. En los últimos años, los científicos también han estado explorando tecnologías exóticas para crear superficies que reflejan la luz, como películas nanoestructuradas de varias capas, pero esas soluciones tienden a ser costosas y no se pueden escalar fácilmente a los edificios, según Li.
Eso hizo que los investigadores volvieran a pensar que el mejor enfoque "es en forma de compuesto de polímero de partículas, que es similar a la pintura comercial", explica Li.
La pintura blanca ordinaria no es lo suficientemente blanca como para ayudar mucho con el enfriamiento pasivo: solo refleja del 80 al 90 por ciento de la luz solar y, de hecho, se calienta al absorber la luz ultravioleta. Entonces, la tarea se convirtió en encontrar una manera de hacer que la pintura blanca fuera aún más blanca. Y eso resultó ser un desafío.
"Primero probamos múltiples materiales con una alta brecha de banda de electrones para evitar la absorción solar", dice Li. "Sin embargo, las pinturas a menudo aparecían semitransparentes con poco espesor debido a la falta de capacidad para reflejar la luz solar. Durante nuestros estudios previos sobre pinturas comerciales y modelos teóricos, identificamos que tanto la alta concentración como la distribución amplia del tamaño de las partículas eran beneficiosas. A medida que implementamos estos dos enfoques, vimos que la solución de pintura parecía más blanca en comparación con los intentos anteriores".
Como explicó Li en un comunicado de prensa de Purdue , los investigadores observaron "varios productos comerciales, básicamente cualquier cosa que sea blanca". Eventualmente, "[d]escubrimos que usando sulfato de bario, teóricamente puedes hacer que las cosas sean muy, muy reflectantes, lo que significa que son muy, muy blancas".
Es posible que haya oído hablar del sulfato de bario antes. Es lo que los pacientes médicos toman en forma de bebida o tableta para cubrir el esófago, el estómago y los intestinos cuando se someten a un examen de rayos X o una tomografía computarizada, para que los médicos puedan ver las áreas enfermas o dañadas con mayor claridad, según MedlinePlus . Como ingrediente de pintura, señala Li, ya está ampliamente disponible y es seguro para los humanos y el medio ambiente.
Los investigadores utilizaron una variedad de tamaños de partículas de sulfato de bario en la pintura, lo que permitió que la pintura se dispersara más del espectro.
También tenían que asegurarse de que la pintura durara lo suficiente en el exterior para ser adecuada para pintar tejados. "Probamos la resistencia a la abrasión, la exposición a la intemperie durante tres semanas y una prueba de enjuague con agua", explica Li. "Los tres mostraron resultados prometedores como pruebas iniciales de durabilidad. También probamos la viscosidad, y las pinturas se pueden cepillar y secar de manera muy similar a la pintura comercial. También se pueden fabricar de manera similar. En este trabajo, no solo logramos una pintura que es superior a la pintura comercial, pero que tampoco necesita equipos o materiales especializados para fabricar, transportar o aplicar la pintura".
La pintura ultrablanca se ve bastante similar a la pintura blanca normal, porque la diferencia en la reflectividad, si bien es significativa en términos de enfriamiento, es imperceptible para los ojos humanos. "En el documento, tenemos una foto de ambas pinturas, que se ven casi idénticas entre sí", dice Li.
El próximo paso en la investigación es optimizar la pintura para una durabilidad a largo plazo en diferentes tipos de condiciones climáticas. Todavía no hay una fecha límite para que esté listo para el mercado, así que no lo busques en la ferretería local todavía.
Ahora eso es interesante
Lo contrario de ultra-blanco podría ser Vantablack , el nombre comercial de un tipo de recubrimiento súper negro que refleja menos del 1 por ciento de la luz, desarrollado por una empresa inglesa llamada Surrey NanoSystems .
