Filtro avanzado y transparente de calor para ventanas

A medida que el cambio climático global intensifica el calor del verano, crece la demanda de sistemas para refrigerar los edificios. Ahora, unos científicos han creado un revestimiento transparente para ventanas que podría reducir la temperatura del interior de los edificios, sin gastar un solo vatio de energía y sin mermar la luz que entra del exterior como sí hacen cortinas y toldos. Una vez colocado el recubrimiento, su presencia pasa prácticamente desapercibida.

El filtro lo ha creado un equipo integrado, entre otros, por Seongmin Kim y Tengfei Luo de la Universidad de Notre Dame en Indiana, Estados Unidos, y Eungkyu Lee, de la Universidad Kyung Hee en Corea del Sur.

Se estima que la refrigeración representa alrededor del 15% del consumo mundial de energía. Esa demanda podría reducirse con un revestimiento para ventanas que bloqueara la luz infrarroja del sol y otras franjas del espectro solar que suelen atravesar el vidrio de una ventana y calentar una habitación cerrada. El consumo de energía podría reducirse aún más si el revestimiento irradiara hacia el exterior el calor de la superficie de la ventana en una longitud de onda que atravesara la atmósfera hacia el espacio exterior. Sin embargo, es difícil diseñar materiales que puedan cumplir estos criterios simultáneamente y que también puedan transmitir la luz visible, es decir, que mantengan la transparencia de la ventana.

Seongmin Kim y sus colegas lograron diseñar su filtro, que reúne todas esas condiciones, valiéndose para ello de inteligencia artificial y computación cuántica.

Más que un mero filtro, el recubrimiento puede definirse como un dispositivo de enfriamiento radiativo transparente.

Un panel del nuevo recubrimiento, sostenido entre dos dedos en la zona izquierda superior de la imagen. Como se aprecia, la diferencia de visibilidad del paisaje exterior visto a través del filtro o sin nada que se interponga, es mínima. (Foto: adaptada de ACS Energy Letters 2022, DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01969)

El equipo construyó modelos informáticos de recubrimientos transparentes de enfriamiento radiativo basados en la alternancia entre finas capas de materiales comunes como el dióxido de silicio, el nitruro de silicio, el óxido de aluminio o el dióxido de titanio sobre una base de vidrio, rematada con una película de polidimetilsiloxano.

Los investigadores optimizaron el tipo, el orden y la combinación de las capas mediante un enfoque iterativo guiado por el aprendizaje automático (una modalidad de inteligencia artificial) y la computación cuántica, que en este caso permitió almacenar datos mediante partículas subatómicas. Este método informático lleva a cabo la optimización de un modo más rápido y mejor que mediante los ordenadores convencionales porque puede probar eficazmente todas las combinaciones posibles en una fracción de segundo. Gracias a este método informático, se consiguió diseñar un revestimiento que, cuando se fabricó, superó por mucho la eficiencia de los recubrimientos de enfriamiento radiativo transparente convencionales.

En ciudades cálidas y secas, el nuevo recubrimiento podría reducir potencialmente el consumo de energía de refrigeración en un 31% en comparación con las ventanas convencionales. El recubrimiento también es aplicable a las ventanas de automóviles, camiones y otros vehículos.

Seongmin Kim y sus colegas exponen los detalles técnicos de su revolucionario filtro de calor en la revista académica ACS Energy Letters, bajo el título “High-Performance Transparent Radiative Cooler Designed by Quantum Computing”. (Fuente: NCYT de Amazings)