Nuevo material derivado de residuos de mariscos mejora el almacenamiento térmico: hasta 60% de ácido esteárico sin fugas.
- Residuos marinos convertidos en energía útil.
- Almacenamiento térmico sin fugas.
- Materiales biobasados, ligeros y estables.
- Aplicaciones reales en edificios y renovables.
- Menos petróleo, más economía circular.
Un aerogel de carbono basado en quitina ofrece una forma más limpia de almacenar energía térmica
Un equipo internacional de científicos de materiales ha desarrollado un nuevo material de carbono de origen biológico capaz de almacenar energía térmica de forma más eficiente y, sobre todo, de resolver uno de los grandes problemas históricos de los materiales de cambio de fase: las fugas durante la fusión. El estudio demuestra que el carbono obtenido a partir de quitina, un polímero natural presente en caparazones de crustáceos y en algunos hongos, puede estabilizar compuestos que almacenan calor y mejorar notablemente su rendimiento en aplicaciones energéticas reales.
Los materiales de cambio de fase almacenan y liberan calor al pasar de sólido a líquido y viceversa. Por eso llevan años despertando interés en campos como la regulación térmica de edificios, el almacenamiento de energía solar o la gestión del calor en dispositivos electrónicos. El problema es conocido: muchos materiales orgánicos funcionan bien en laboratorio, pero cuando se funden se escapan, pierden forma, ensucian el sistema y acortan su vida útil. En el mundo real, eso es un freno serio.
En esta investigación, publicada en Sustainable Carbon Materials, el equipo transformó la quitina en un aerogel ultraligero y posteriormente la carbonizó para obtener una estructura de carbono altamente porosa. Este aerogel se utilizó como soporte para encapsular ácido esteárico, un material de cambio de fase muy estudiado por su estabilidad y temperatura de fusión adecuada para usos domésticos e industriales. El resultado es un compuesto estabilizado en forma que permanece sólido incluso cuando el ácido esteárico se funde internamente.
“El objetivo era diseñar un soporte económico y respetuoso con el medio ambiente capaz de retener grandes cantidades de material de cambio de fase sin fugas”, explica el autor correspondiente, Hui Li. “La quitina es abundante, renovable y rica en nitrógeno de forma natural, lo que la hace especialmente atractiva”.
El aerogel de carbono derivado de quitina presenta una red de poros interconectados y un volumen interno muy elevado. Estos poros actúan como pequeños depósitos que alojan el ácido esteárico fundido. Al mismo tiempo, las fuerzas capilares y los enlaces de hidrógeno evitan que el material fluya hacia el exterior. Gracias a esta combinación, el compuesto puede contener hasta un 60 % de ácido esteárico en peso sin que se observe ninguna fuga visible. No es un detalle menor. Es justo lo que faltaba para salir del laboratorio.
Las pruebas térmicas mostraron una alta densidad de almacenamiento, con una entalpía de fusión cercana a 118 julios por gramo, un valor superior al de muchos composites biobasados reportados hasta ahora. Además, el aerogel mejora la conductividad térmica del conjunto, permitiendo que el calor se absorba y se libere de forma más rápida y eficiente. Menos pérdidas, más control.
Otro punto clave es la durabilidad. Tras 100 ciclos completos de calentamiento y enfriamiento, el material mantuvo prácticamente la misma temperatura de cambio de fase y conservó más del 97 % de su capacidad inicial de almacenamiento. Los análisis estructurales y químicos confirmaron que no se produjeron degradaciones apreciables. Aguanta. Y eso importa.
“La fiabilidad a largo plazo es esencial para cualquier sistema de almacenamiento energético que quiera salir al mercado”, señala Hui Li. “Nuestros resultados demuestran que este aerogel de carbono basado en quitina puede almacenar y liberar calor repetidamente sin degradarse”.
El equipo observó además que el aerogel incrementa la energía de activación necesaria para que el ácido esteárico cambie de fase, lo que indica una mayor estabilidad térmica. Este efecto está relacionado con el confinamiento a escala nanométrica dentro de los poros y con la interacción química entre la superficie de carbono dopada con nitrógeno y las moléculas del material de cambio de fase. Pequeña escala, grandes efectos.
El enfoque tiene otra ventaja difícil de ignorar: la materia prima. La quitina puede obtenerse a partir de residuos de la industria pesquera, un subproducto abundante y a menudo infrautilizado. Convertir ese residuo en un material avanzado para energía es un ejemplo claro de economía circular aplicada, sin discursos grandilocuentes.
Los investigadores consideran que esta estrategia puede adaptarse a otros materiales de cambio de fase y ajustarse a distintos rangos de temperatura, lo que abre la puerta a aplicaciones específicas según el clima, el edificio o el sistema energético.
“Este trabajo demuestra que los materiales de carbono sostenibles pueden abordar simultáneamente la eficiencia energética y los problemas ambientales”, concluye Hui Li. “Abre nuevas posibilidades para tecnologías de almacenamiento térmico más verdes en edificios, electrónica y sistemas de energías renovables”.
El estudio pone de relieve cómo la combinación de polímeros naturales y diseño avanzado de materiales puede generar soluciones prácticas a retos energéticos reales, reduciendo la dependencia de recursos fósiles y materiales sintéticos de alto impacto.
Potencial
Este tipo de materiales puede jugar un papel discreto pero clave en la rehabilitación energética de edificios, integrándose en muros, techos o sistemas de climatización pasiva. También encaja bien en instalaciones solares térmicas, donde el almacenamiento del calor sigue siendo uno de los grandes cuellos de botella.
A medio plazo, su aplicación en electrónica podría mejorar la gestión térmica de dispositivos, alargando su vida útil y reduciendo fallos por sobrecalentamiento. Y mirando más lejos, el enfoque abre la puerta a una nueva generación de materiales energéticos biobasados, diseñados desde el residuo y pensados para durar.
No es una solución milagro. Pero es una pieza más. Y de las buenas.
Más información: Chitin aerogel-derived carbon for shape-stabilized phase change materials with enhanced thermal energy storage
Deja una respuesta