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MIT aerogel captura el calor solar para aplicaciones domésticas e industriales

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El material aislante a base de sílice altamente transparente puede generar altas temperaturas a partir de la luz solar incluso en condiciones de invierno frío

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Los aerogeles son materiales paradójicos. Tan efímeros que apenas parecen estar ahí, tienen propiedades extraordinarias. El equipo del MIT, en colaboración con ingenieros de diferentes especialidades, ha desarrollado un material que, según se afirma, es capaz de transmitir la luz solar a la vez que atrapa eficientemente el calor solar.

En un artículo publicado en la revista ACS Nano, Evelyn Wang, jefa del Departamento de Ingeniería Mecánica, el estudiante de postgrado Lin Zhao, profesor de ingeniería energética Gang Chen y sus colegas describen cómo produjeron el aerogel (al que se refieren como un medio de efecto invernadero) controlando las tasas de hidrólisis y condensación del ortosilicato de tetrametilo (TMOS). Descubrieron un proceso novedoso para hacer esto, que, según explican, no sólo mejora la transparencia óptica del material, sino que también reduce el tiempo de fabricación de semanas a días.

La clave para que funcionara estaba en las proporciones precisas de los diferentes materiales a partir de los cuales se sintetizó el aerogel, explica el artículo. El proceso consiste en mezclar un catalizador con granos de un compuesto que contiene sílice en una solución líquida, y luego secar el gel resultante para dejar una matriz que es en su mayor parte aire pero que retiene la fuerza mecánica de la mezcla original. La producción de una mezcla que se seca mucho más rápido que los precursores de hidrogel convencionales produjo un gel con un tamaño de poro mucho menor entre sus granos, lo que resultó en una menor dispersión de la luz.

Según Wang, los hidrogeles convencionales, aunque son aislantes muy eficaces, transmiten un máximo del 70% de la luz incidente. El nuevo hidrogel, sin embargo, deja pasar el 95% de la luz solar incidente, pero conserva las propiedades altamente aislantes, lo que significa que el calor de la luz solar no escapa.

El equipo llevó a cabo pruebas con el material en un día soleado en medio del invierno, que en Cambridge, Massachusetts, tiende a estar muy por debajo de 0°C. Construyeron un dispositivo pasivo consistente en un material oscuro absorbente de calor cubierto con una capa del nuevo aerogel. El material oscuro alcanzó y mantuvo una temperatura de 220°C, informan. Anteriormente, estas temperaturas sólo se obtenían a partir de la luz solar mediante un sistema de concentración de espejos y lentes que enfocan la luz solar en una línea o punto central. Estos sistemas son más complejos y caros que la combinación aerogel-colector pasivo.

La temperatura alcanzada se clasifica como intermedia en términos industriales, pero sería adecuada para generar agua caliente sanitaria en un sistema de tejado, para alimentar sistemas de aire acondicionado, o para una amplia variedad de aplicaciones en la fabricación de productos químicos o alimentos que ofrecen muchos procesos de fabricación, sugiere el equipo. "El material que utilizamos para aumentar la temperatura actúa como lo hace la atmósfera de la Tierra para proporcionar aislamiento, pero este es un ejemplo extremo de ello", comentó Zhao.

Un aspecto que aún requiere investigación es cómo escalar la fabricación del material, dijo Wang. Esto podría implicar la elaboración de un método de producción continuo en lugar de por lotes. Sin embargo, incluso el método actual, que requiere el uso de un equipo especializado llamado secador de punto crítico, podría ser rentable para algunas aplicaciones, añadió.