Nanomateriales en construcción. Una revolución para el siglo XXI
Es inevitable que, cuando se habla de innovación en materiales para construcción, surjan términos tan habituales como eficiencia energética, sostenibilidad, ecología, domótica, autonomía… Cada vez es más recurrente encontrar “casas piloto”, situadas estratégicamente en zonas verdes, que tratan de aunar estos conceptos en las llamadas viviendas del futuro, ecoviviendas, o etiquetas similares. Sin embargo, es necesario aclarar que hay diversas perspectivas sobre las que se abordan estos ideales: desde casas totalmente integradas con el entorno, con la naturaleza, pasando por objetivos de costes energéticos nulos, hasta soluciones de máxima “hi-tech” donde la domótica, electrónica, la integración de inteligencia artificial, minimalismos y nuevos conceptos arquitectónicos son la nota dominante.
El estilo de la integración natural posiblemente tiene un claro antecedente en esa obra magna que es la “Casa de la Cascada”, del arquitecto americano Frank Lloyd Wright que, siguiendo los principios de “arquitectura orgánica”, fueron enfatizados por el propio Wright en su escuela. Básicamente consiste en integrar en una unidad (edificación) los factores ambientales del lugar, uso y función, materiales nativos, el proceso de construcción y el ser humano o cliente. Es curioso indicar que, mientras los dueños pretendían una casa “con vistas” a la cascada, Wright prefirió el concepto de construir sobre o en la propia cascada.
A partir de la “casa más famosa del mundo” se han ido desarrollando nuevos conceptos que pretenden ir mucho más allá de la simple integración adoptando las más innovadoras soluciones tecnológicas.
En la actualidad el concepto de nanotecnología se encuentra íntimamente ligado a la innovación en materiales. El potencial de los nanomateriales es tal que ya se la considera, quizás prematuramente, como la revolución del siglo XI. El desarrollo de la casa del futuro, con todos los condicionantes y requerimientos comentados anteriormente, exige una innovación continua en nuevos materiales, entre ellos los poliméricos, cuya versatilidad y capacidad de ser funcionales e inteligentes confieren nuevas y atractivas opciones.
Eficiencia energética gracias a la nanotecnología
Conceptos interesantes en cuanto a eficiencia energética son el desarrollo de nuevos materiales para la captación de energía solar. Nuevos pigmentos orgánicos y estructuras nanocristalinas pueden suponer un incremento en la eficacia de la absorción solar. La integración estructural de placas fotovoltaicas también invita a nuevos retos de diseño arquitectónico y eficiencia. Siguiendo con esta filosofía, el empleo de nanopigmentos transparentes como concentradores solares que desvían la radiación solar 90º a los extremos permite la integración de sistemas captadores solares en la propia estructura exterior de los edificios. Incluso el desarrollo de pinturas fotovoltaicas que absorban en el espectro UV-visible permite el aprovechamiento de grandes superficies de exposición. Otros sistemas de aprovechamiento energético suponen la implantación de turbinas eólicas de gran durabilidad y eficiencia, aprovechando el empleo materiales de alta resistencia mecánica basados en nanocompuestos con nanotubos de carbono o nanoarcillas, así como propiedades biocidas superiores. El almacenamiento de gases combustibles, tipo nitrógeno o gas natural, puede optimizarse mediante el uso de nanocubos MOF a partir de ZnO. Capturan y aumentan la capacidad de transporte y almacenamiento hasta 3-10 veces.
La eficiencia energética de las nuevas edificaciones está íntimamente ligada a las capacidades de aislamiento térmico de los materiales estructurales utilizados. Materiales innovadores de este tipo presentan, sin duda, un futuro prometedor.
Los sistemas basados en aerogeles pertenecen a las llamadas nanoespumas de nueva generación y consisten en materiales con propiedades aislantes superlativas (0.004 W/K·m), así como densidades similares al propio aire, y propiedades ignífugas muy dignas de mención. Desde hace años se trata de un material utilizado en la industria espacial, como aislante térmico de elevadas prestaciones, pero es ahora cuando comienza a utilizarse en aplicaciones civiles.
No hay que olvidar asimismo el gran auge que en los últimos años están teniendo los materiales de cambio de fase (PCMs) por su contribución al aislamiento térmico. Son sistemas sencillos basados en la encapsulación de una sustancia de alto poder calorífico formando parte fachadas o paneles separadores. El paso de sólido a líquido supone una gran transición energética, absorbiendo o emitiendo grandes cantidades de calor, contribuyendo así a la estabilización térmica en interiores y al ahorro evidente en sistemas de climatización. Es una solución relativamente sencilla. Nunca ha quedado mejor justificada la frase “más simple que el mecanismo de un botijo”, pues ese es realmente el fundamento físico de los materiales de cambio de fase, el botijo.
Materiales con capacidad sensorial
En el desarrollo de sistemas domóticos la aparición de materiales con capacidades sensoriales, comportamiento piezoeléctrico y piezorresistivo, supone un hito importante en cuanto a integración y funcionalidad de los espacios. Sería interesante nombrar superficies que reaccionan al tacto o a la proximidad, que transforman una deformación en una señal eléctrica, detección de roturas, sistemas de seguridad, generación de calor (suelos radiantes) e incluso acumuladores de energía basados en pisadas o deformaciones. Incluso mucho más lejos, los nuevos nanomateriales aplicados a elementos de construcción permiten el desarrollo de sistemas sensores a contaminantes, bacterias, o agentes patógenos con un inusitado nivel de sensibilidad y, por supuesto, integración en el edificio. Nanotubos de Carbono o el tan aclamado grafeno son materiales que presentan una gran sensibilidad eléctrica a las modificaciones superficiales. Si por afinidad química conseguimos anclar selectivamente en su superficie grupos funcionales afines a los contaminantes o agentes microbianos, la presencia de éstos en el ambiente provocará cambios eléctricos en la superficie de estos nanomateriales, con la consiguiente capacidad de monitorizar una señal que corresponda a la concentración ambiental de estos agentes contaminantes.
Soluciones biomiméticas
Las soluciones biomiméticas, esto es, imitación de la naturaleza, tiene su más claro ejemplo en el llamado “efecto flor de loto”. Las hojas de las plantas en zonas húmedas tienen un marcado carácter hidrofóbico, con el fin de evitar que el agua, la humedad, el rocío, impregnen su superficie y sean vehículo de crecimiento de cepas bacterianas, colonias de hongos y otros problemas. El mecanismo de la hidrofobicidad estriba en la presencia de una gran rugosidad jerarquizada a nivel micro y nanométrico. Dicha solución puede ser aplicada a superficies exteriores o suelos en edificaciones para otorgar la propiedad llamada “auto-limpieza”, evitando la acumulación de polvo y suciedad puesto que el agua no moja, sino que arrastra todo sólido en su superficie. Combinando este efecto con la presencia de sustancias catalíticas como el dióxido de titanio, que descomponen la materia orgánica en combinación con la radiación UV, es posible completar este efecto limpiante (aceites, grasas, hongos).
Esto es únicamente la punta del iceberg. Múltiples posibilidades de materiales están apareciendo cada día. Nos dejamos fuera de discusión aspectos como innovadoras posibilidades de diseño, materiales composites con elevadas propiedades estructurales que permiten nuevas soluciones arquitectónicas, morteros, hormigones de rápido fraguado, que reducen tiempos de proceso, con propiedades mecánicas superiores. Todo un mundo, toda una auténtica revolución con grandes expectativas de futuro en el siglo que acaba de comenzar.
Adolfo Benedito Borrás
Experto en Materiales · AIMPLAS
