Investigadores chinos desarrollan nuevo aerogel de carbono a partir de desechos marinos que almacena calor sin fugas y con un 97% de retención tras 100 ciclos

Innovación en almacenamiento térmico a partir de desechos marinos

Un compuesto derivado de caparazones de crustáceos logra contener hasta un 60% de ácido esteárico sin pérdidas, superando un obstáculo clave en esta tecnología.

Un avance crucial para los materiales de cambio de fase

Científicos de diversas nacionalidades han creado un material de carbono, obtenido de fuentes biológicas, que optimiza el almacenamiento de calor. Su principal logro es haber resuelto el problema de las fugas durante la transición de sólido a líquido, un inconveniente histórico que limitaba su aplicación práctica.

Estos materiales son valiosos porque acumulan y liberan energía térmica al fundirse y solidificarse. Su utilidad abarca desde la climatización de edificios hasta el aprovechamiento de energía solar. Sin embargo, muchos compuestos orgánicos se derramaban al fundirse, reduciendo su eficacia y durabilidad en sistemas reales.

De la quitina a un soporte eficaz

El estudio, divulgado en Sustainable Carbon Materials, detalla el proceso: la quitina (presente en hongos y exoesqueletos de mariscos) se transformó en un aerogel ultraligero que, tras ser carbonizado, dio lugar a una estructura porosa. Esta red sirvió de matriz para encapsular ácido esteárico, un material de cambio de fase común. El producto final mantiene su forma sólida incluso cuando el ácido en su interior se funde.

“Buscábamos un soporte económico y ecológico que pudiera retener una gran cantidad de material activo sin escapes”, afirma el investigador principal Hui Li. “La quitina es abundante, renovable y naturalmente rica en nitrógeno, lo que la hace ideal”.

Mecanismo de contención y resultados prometedores

• Estructura porosa: El aerogel posee una vasta red de poros interconectados que actúan como minúsculos tanques de almacenamiento para el ácido esteárico fundido.
• Fuerzas de retención: Las interacciones capilares y los enlaces de hidrógeno impiden que el material líquido se filtre al exterior.
• Alta capacidad: El compuesto puede incorporar un 60% de su peso en ácido esteárico sin mostrar fugas visibles, un umbral crítico para su uso comercial.

Las evaluaciones técnicas revelaron un alto desempeño: Densidad de almacenamiento: Una entalpía de fusión de unos 118 J/g, superando a muchos composites biológicos anteriores. Conductividad mejorada: El aerogel acelera la transferencia de calor, haciendo el proceso de carga y descarga térmica más rápido. Durabilidad comprobada: Tras 100 ciclos de calentamiento y enfriamiento, el material conservó más del 97% de su capacidad inicial y su temperatura de transición se mantuvo estable.

“La confiabilidad en el largo plazo es fundamental para que cualquier tecnología de almacenamiento llegue al mercado”, destaca Hui Li. “Nuestro aerogel demuestra que puede operar de manera cíclica sin degradarse”.

Ventajas adicionales y perspectivas de aplicación

El equipo notó que el aerogel aumenta la estabilidad térmica del ácido esteárico, un efecto atribuido al confinamiento nanométrico en los poros y a la interacción con la superficie de carbono enriquecida con nitrógeno.

Un beneficio adicional es el origen sostenible de la materia prima. La quitina puede extraerse de los desechos de la industria pesquera, dando valor a un subproducto y promoviendo un modelo de economía circular.

Los investigadores creen que este método puede extenderse a otros materiales de cambio de fase, adaptándose a diferentes necesidades de temperatura para aplicaciones en:

• Edificación: Integración en muros o techos para climatización pasiva.
• Energía solar térmica: Almacenamiento de calor para superar la intermitencia.
• Electrónica: Gestión térmica de dispositivos para prevenir sobrecalentamientos.

“Este trabajo prueba que los materiales de carbono sostenibles pueden enfrentar a la vez desafíos de eficiencia energética y medioambientales”, finaliza Hui Li. “Abre el camino a tecnologías de almacenamiento térmico más ecológicas”.

La investigación subraya cómo el diseño avanzado aplicado a polímeros naturales puede ofrecer soluciones tangibles a retos energéticos, disminuyendo la dependencia de recursos fósiles.

No es una panacea, pero representa un avance sólido y significativo.

Referencia del estudio: Chitin aerogel-derived carbon for shape-stabilized phase change materials with enhanced thermal energy storage.

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