Nuevo material basado en algas capaz de generar electricidad y prevenir incendios

S ha conseguido crear una espuma multifuncional con propiedades aparentemente opuestas: conductividad eléctrica, aislamiento térmico y capacidad ignífuga, al combinar un compuesto biodegradable proveniente de las algas marinas con un material conductor similar al grafeno.

El logro es obra de un equipo internacional en el que participan científicos del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), adscrito al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España, así como investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea del Sur, la Universidad Politécnica de Turín en Italia y la Universidad Drexel en Filadelfia, Estados Unidos.

La calefacción y la refrigeración de los edificios consumen aproximadamente el 25% de la energía que se utiliza en todo el mundo. A esta cifra se suma el gasto energético relacionado con la fabricación de los aislantes para construcción. Por todo ello, el desarrollo de un material capaz de aislar térmicamente una casa, de generar electricidad para iluminarla y, al mismo tiempo, de prevenir posibles incendios, supone un avance clave para reducir el consumo energético global.

La nueva espuma multifuncional se ha obtenido al combinar alginato, un biopolímero proveniente de las algas marinas, con un MXene, un tipo de material conductor compuesto por titanio y carbono que posee algunas propiedades similares a las del grafeno. “Nuestro objetivo al diseñar la espuma era investigar cómo la porosidad influye en la generación de carga eléctrica y, por otro lado, en el aislamiento térmico", describe Bernd Wicklein, primer autor del trabajo e investigador en el ICMM.

Este nuevo material ha sido diseñado en forma de espuma para aprovechar las propiedades físicas que le confieren sus poros: “Las espumas son muy ligeras, mecánicamente muy estables y, a la vez, tienen cualidades de aislamiento térmico”, explica el investigador, que señala que han conseguido que estas espumas sean conductoras gracias a fabricarlas con los mencionados MXenes y el alginato, un biopolímero que, de hecho, ya se usa para la generación de energía. Además, cuando estas espumas están conectadas a sistemas eléctricos pueden dar alerta de inicio de fuego, lo que las hace un elemento de protección contra incendios.

La espuma se ha creado combinando alginato con un MXene. (Foto: Ángela R. Bonachera / ICMM / CSIC)

Los MXenes “son una familia de materiales con propiedades fascinantes”, describe Wicklein, que indica que estos materiales “se comportan como metales en cuanto a la conductividad eléctrica, pero también se dispersan en agua y tienen otras propiedades catalíticas, ópticas y térmicas muy interesantes”. Además, se trata de un material con una estructura en dos dimensiones que se da en forma de láminas ultrafinas de apenas uno o dos nanómetros de grosor. (Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro). “Esto les otorga una gran flexibilidad mecánica”, añade Wicklein.

Las espumas, por su parte, son materiales comúnmente utilizados para aislamiento térmico debido a que, gracias a su estructura celular, atrapan aire y reducen la conducción del calor. Sin embargo, el investigador del ICMM recuerda que, aunque todos los materiales de aislamiento térmico en construcción son espumas, “estas son muy inflamables y, para evitar que lo sean, se les añaden compuestos químicos que son muy tóxicos". El nuevo trabajo de investigación y desarrollo supone un avance a la hora de evitar estos compuestos al utilizar el alginato, completamente biodegradable.

"Hemos conseguido un compuesto para la construcción que genera electricidad, que puede ser un elemento de seguridad contra incendios y que es térmicamente aislante, por lo que además nos permite un ahorro energético muy importante", resume.

Wicklein y sus colegas exponen los detalles técnicos de la versión inicial de su material en la revista académica Nanoscale Horizons, bajo el título “Multifunctional Ti3C2Tx-alginate foams for energy harvesting and fire warning”. (Fuente: ICMM / CSIC)