Blog

Nov 24, 2023

La pintura mantiene el calor en el interior en invierno y en el exterior en verano.

Los investigadores demuestran que sus pinturas recién inventadas, que produjeron en una amplia gama de colores, pueden reducir la necesidad de calefacción y aire acondicionado en edificios y otros espacios, como los trenes.

Los investigadores demuestran que sus pinturas recién inventadas, que produjeron en una amplia gama de colores, pueden reducir la necesidad de calefacción y aire acondicionado en edificios y otros espacios, como trenes y camiones para carga refrigerada.

Objetos de diferentes materiales y formas variadas, recubiertos con las nuevas pinturas. (Crédito de la imagen: Yucan Peng)

Los científicos de la Universidad de Stanford han inventado un nuevo tipo de pintura que puede mantener las casas y otros edificios más frescos en verano y más cálidos en invierno, reduciendo significativamente el uso de energía, los costos y las emisiones de gases de efecto invernadero.

La calefacción y refrigeración de espacios representan alrededor del 13 por ciento del uso mundial de energía y alrededor del 11 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero. Las nuevas pinturas redujeron la energía utilizada para calentar en aproximadamente un 36 por ciento en experimentos que utilizaron ambientes fríos artificiales, según un estudio publicado hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences. Redujeron la energía necesaria para enfriar en casi un 21 por ciento en condiciones de calor artificial. En simulaciones de un típico edificio de apartamentos de media altura en diferentes zonas climáticas de los Estados Unidos con pintura nueva en las paredes y techos exteriores, el uso total de energía para calefacción, ventilación y aire acondicionado disminuyó un 7,4 por ciento en el transcurso de un año.

"Se prevé que la energía y las emisiones procedentes de la calefacción sigan disminuyendo debido a las mejoras en la eficiencia energética, pero el uso del aire acondicionado está aumentando, especialmente en las economías en desarrollo en un mundo en calentamiento", dijo el autor principal del estudio, Yi Cui, profesor de ciencia e ingeniería de materiales. , de ciencia e ingeniería de la energía, y de ciencia de fotones en el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC.

"Tanto para la calefacción como para el aire acondicionado debemos reducir la energía y las emisiones a nivel mundial para alcanzar nuestros objetivos de cero emisiones", dijo Cui, quien dirige el Instituto Precourt para la Energía y el Acelerador de Sostenibilidad, ambos dentro de la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford. "Cada vez se presta más atención a cómo reducir el intercambio de calor entre los espacios de vida y de trabajo de las personas y su entorno, y se demandan nuevos materiales para mejorar el aislamiento, como películas de baja emisividad para ventanas".

Yucan Peng (Crédito de la imagen: Cortesía de Yucan Peng)

Las pinturas actuales de baja emisividad suelen tener un color plateado o gris metalizado, cuya estética limita su uso. Las pinturas recién inventadas tienen dos capas aplicadas por separado: una capa inferior reflectante de infrarrojos que utiliza escamas de aluminio y una capa superior transparente a infrarrojos ultrafina que utiliza nanopartículas inorgánicas que viene en una amplia gama de colores. El espectro infrarrojo de la luz solar provoca el 49 por ciento del calentamiento natural del planeta cuando es absorbido por las superficies.

Para mantener alejado el calor, la pintura se puede aplicar a paredes y techos exteriores. La mayor parte de esta luz infrarroja atraviesa la capa de color de las pinturas nuevas, se refleja en la capa inferior y vuelve a salir en forma de luz, sin ser absorbida por los materiales de construcción en forma de calor. Para mantener el calor en el interior, las pinturas se aplican a las paredes interiores donde, nuevamente, la capa inferior refleja las ondas infrarrojas que transfieren energía a través del espacio y son invisibles para el ojo humano.

Específicamente, hasta aproximadamente el 80 por ciento de la luz infrarroja media alta es reflejada por las pinturas, haciendo la mayor parte del trabajo de mantener el calor en el interior durante el clima frío y en el exterior durante el clima cálido. La capa de color también refleja algo de luz infrarroja cercana, lo que mejora la reducción del aire acondicionado. El equipo de investigación probó sus pinturas en blanco, azul, rojo, amarillo, verde, naranja, morado y gris oscuro. Los investigadores encontraron que eran 10 veces mejores que las pinturas convencionales en los mismos colores al reflejar la luz infrarroja media alta.

Las pinturas se pueden aplicar más allá de los edificios para mejorar la eficiencia energética en otros lugares. Por ejemplo, podrían cubrir camiones y vagones de tren utilizados para el transporte refrigerado, en los que los costos de refrigeración pueden representar hasta la mitad del presupuesto de transporte.

Jian-Cheng Lai (Crédito de la imagen: Cortesía de Jian-Cheng Lai)

"Ambas capas se pueden rociar sobre una variedad de superficies de diversas formas y materiales, proporcionando una barrera térmica adicional en muchas situaciones diferentes", dijo Yucan Peng, coautora principal del estudio, quien completó su doctorado en ciencia de materiales en Stanford en 2020 y es Ahora es investigador postdoctoral en el Laboratorio Geballe de Materiales Avanzados de Stanford.

Los investigadores también evaluaron qué tan prácticas serían sus pinturas en diversas situaciones. Ambas capas son repelentes al agua, lo que debería mejorar la estabilidad en ambientes húmedos. Las superficies pintadas se pueden limpiar fácilmente con un paño húmedo o con agua, informan los investigadores. Además, el rendimiento y la estética de las pinturas no disminuyeron después de la exposición continua durante una semana a altas temperaturas (176 grados Fahrenheit), bajas temperaturas (-320,5 grados Fahrenheit), así como a ambientes muy ácidos y poco ácidos. De hecho, la pintura aumentó ligeramente el uso de aire acondicionado en algunas ciudades de EE. UU., pero ninguna ubicación mostró un aumento en la carga total de HVAC.

"Nuestro equipo continúa trabajando para refinar las formulaciones de pintura para aplicaciones prácticas", dijo el otro coautor principal del estudio, Jian-Cheng Lai, un académico postdoctoral asesorado por Zhenan Bao, profesor de ingeniería química. “Por ejemplo, las soluciones a base de agua serían más respetuosas con el medio ambiente que los disolventes orgánicos que utilizamos. Eso podría facilitar la comercialización de las pinturas”.

Otros miembros del equipo de investigación de Stanford no mencionados anteriormente en este artículo son Zhenan Bao, profesor KK Lee en la Escuela de Ingeniería; Shanhui Fan, profesor Joseph y Hon Mai Goodman de la Escuela de Ingeniería y profesor de ingeniería eléctrica; el científico investigador Jing Tang; el académico postdoctoral Jiawei Zhou; los ex postdoctorados Weiliang Jin y Xin Gao; el estudiante de doctorado Yufei Yang; y el ex estudiante de doctorado Lingling Fan. Bao también es miembro de Stanford Bio-X, el Stanford Cardiovascular Institute, la Wu Tsai Human Performance Alliance, el Maternal & Child Health Research Institute (MCHRI) y el Wu Tsai Neurosciences Institute; afiliado al Instituto Precourt de Energía y al Instituto Stanford Woods para el Medio Ambiente; y miembro de la facultad de Sarafan ChEM-H. Cui también es miembro principal del Instituto Stanford Woods para el Medio Ambiente y miembro de Bio-X y del Instituto de Neurociencias Wu Tsai. Fan también es miembro de Bio-X y afiliado del Instituto Precourt de Energía.

Esta investigación fue apoyada por Stanford Nano Shared Facilities, Stanford Nanofabrication Facility y Oriental Yuhong North American LLC. Los investigadores solicitaron una patente estadounidense para las pinturas.

Mark Golden, Instituto Precourt de Energía: (650) 724-1629; [email protected]

Bridget Ballesteros, Relaciones Públicas Universitarias: (925) 759-4805; [email protected]

El becario de salud planetaria Minghao Qiu quiere cuantificar cómo afectará la creciente contaminación del aire provocada por los incendios forestales y las emisiones de combustibles fósiles a la salud humana.

Un nuevo modelo del proceso de congelación que incluye siete etapas distintas podría mejorar nuestra comprensión de las nubes y cómo afectan al clima.

Para los pacientes del Lucile Packard Children's Hospital que están demasiado enfermos para aprender en persona, las lecciones de realidad virtual ofrecen una tranquilizadora sensación de rutina y excursiones ilimitadas.