Un equipo de investigadores españoles ha desarrollado un nanomaterial para refrigeración radiativa pasiva capaz de reducir hasta 12,9 ºC la temperatura de superficies expuestas a la radiación solar sin consumir electricidad. El avance, desarrollado en el Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN-CNM, CSIC), abre nuevas posibilidades para diseñar en el futuro cubiertas y fachadas capaces de limitar su calentamiento y contribuir a reducir las necesidades de refrigeración de los edificios.
La investigación ha sido realizada por el grupo Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER) del IMN-CNM y sus resultados se han publicado en la revista científica Nanophotonics. El trabajo está firmado por Amaia Iglesias-Elcano, Luis Moreno-Sanabria, Marisol Martín-González y Cristina V. Manzano.
El desarrollo cobra especial interés para el sector de la edificación ante el incremento de las necesidades de refrigeración y la búsqueda de soluciones pasivas que permitan mejorar el comportamiento de los edificios durante los meses más cálidos.
Refrigeración radiativa pasiva para enfriar sin electricidad
La tecnología se basa en un fenómeno conocido como refrigeración radiativa pasiva diurna, o PDRC por sus siglas en inglés (Passive Daytime Radiative Cooling).
Su funcionamiento aprovecha la capacidad que tienen determinados materiales para desprenderse del calor mediante la emisión de radiación infrarroja.
La atmósfera terrestre presenta una denominada ventana de transparencia atmosférica situada aproximadamente entre los 8 y los 13 micrómetros. Dentro de esta franja del espectro infrarrojo, parte de la radiación térmica puede atravesar la atmósfera y disiparse hacia el espacio.
Para conseguir enfriar una superficie durante el día no basta, sin embargo, con emitir calor. El material debe cumplir simultáneamente dos condiciones especialmente exigentes: reflejar una parte elevada de la radiación solar que recibe y emitir eficazmente el calor acumulado en forma de radiación infrarroja.
Si se consigue combinar ambas propiedades, la superficie puede reducir su temperatura incluso por debajo de la temperatura ambiente sin necesidad de recurrir a electricidad, compresores u otros sistemas activos de refrigeración.
Una nanoestructura tridimensional fabricada con PVDF
Para desarrollar el nuevo material, los investigadores recurrieron al fluoruro de polivinilideno (PVDF), un polímero que presenta propiedades especialmente adecuadas para aplicaciones de refrigeración radiativa.
Entre ellas se encuentran su capacidad para emitir calor mediante radiación infrarroja, su resistencia frente a la radiación ultravioleta y su carácter hidrófobo. Esta última propiedad favorece además un comportamiento autolimpiante y aumenta el interés del material para posibles aplicaciones expuestas a las condiciones exteriores.
El avance no reside únicamente en la utilización del PVDF, sino especialmente en la estructura que los científicos han conseguido fabricar con este polímero.
El equipo desarrolló una red tridimensional de nanoestructuras de PVDF mediante la infiltración del polímero en plantillas nanoporosas de óxido de aluminio anodizado. De esta manera es posible controlar la geometría interna de la estructura a escala nanométrica y modificar sus propiedades ópticas.
Durante la investigación se probaron además tres métodos diferentes de enfriamiento después de la infiltración del polímero —natural, rápido y ultrarrápido— con el objetivo de estudiar cómo influían sobre la estructura cristalina y su respuesta óptica.
Un tratamiento ultravioleta aumenta la reflexión de la radiación solar
Otro de los elementos determinantes de la investigación ha sido la aplicación de un tratamiento con radiación ultravioleta.
Este proceso provoca un blanqueamiento del polímero mediante fotooxidación que permite aumentar su capacidad para reflejar la radiación solar.
La versión optimizada de la nanoestructura 3D-PVDF, obtenida mediante el proceso de enfriamiento ultrarrápido y posteriormente tratada, alcanzó una reflectancia solar media del 82,4 %.
Al mismo tiempo, consiguió una emisividad infrarroja del 96,7 % dentro de la ventana atmosférica situada entre 8 y 13 micrómetros.
Esta combinación resulta fundamental: mientras una elevada reflectancia evita que una parte importante de la energía procedente del sol sea absorbida por la superficie, la elevada emisividad facilita la evacuación del calor mediante radiación infrarroja.
Los cálculos realizados por los investigadores indican que estas propiedades podrían proporcionar una potencia teórica de refrigeración diurna de 182,3 W/m² bajo una irradiancia solar de 1.000 W/m².
Hasta 12,9 ºC menos en las pruebas realizadas al aire libre
El comportamiento del material no se ha evaluado únicamente en laboratorio.
Los investigadores realizaron ensayos al aire libre durante el verano de 2025 en la azotea del IMN-CNM, en Tres Cantos (Madrid) para comprobar su funcionamiento bajo condiciones ambientales reales.
En los días más favorables para la refrigeración radiativa —caracterizados por temperaturas elevadas, baja humedad y una fuerte radiación solar—, el material consiguió alcanzar una diferencia de temperatura de hasta 12,9 ºC respecto a una caja de referencia vacía.
El máximo se obtuvo bajo una irradiancia solar de 962 W/m².
Este último matiz es importante. El resultado de 12,9 ºC no significa que el material reduzca siempre esa temperatura en cualquier superficie, edificio o condición climática. Se trata del máximo registrado durante los ensayos realizados por los investigadores bajo unas determinadas condiciones ambientales y respecto al sistema de referencia utilizado en el experimento.
La humedad, las condiciones atmosféricas, la radiación solar y las características de la aplicación pueden influir en el rendimiento de los sistemas de refrigeración radiativa.
El material mantiene su flexibilidad después de las pruebas
La capacidad de enfriamiento no es el único aspecto analizado por los investigadores. Para trasladar una tecnología de estas características desde el laboratorio hasta posibles aplicaciones reales resulta fundamental estudiar también su comportamiento frente a las condiciones exteriores.
Las nanoestructuras 3D-PVDF autoportantes mantuvieron su flexibilidad mecánica después de las pruebas al aire libre y del tratamiento ultravioleta, sin presentar signos de fragilización o agrietamiento, según la información difundida por el CSIC.
Las propiedades del propio PVDF también resultan relevantes para este objetivo debido a su resistencia frente a la radiación ultravioleta, estabilidad frente a la humedad y carácter hidrófobo.
La durabilidad a largo plazo será, no obstante, uno de los factores que deberán evaluarse si la tecnología avanza hacia aplicaciones comerciales sometidas permanentemente a lluvia, contaminación, cambios de temperatura y otras condiciones ambientales.
¿Podría utilizarse este nanomaterial en fachadas y cubiertas?
Una de las aplicaciones que plantea el equipo investigador se encuentra precisamente en la edificación. El método desarrollado podría utilizarse en el futuro para diseñar materiales destinados a cubiertas y fachadas, además de dispositivos electrónicos, vehículos o sistemas de gestión térmica personal.
Su incorporación a la envolvente de los edificios podría resultar especialmente interesante para limitar la cantidad de calor absorbida por superficies sometidas directamente a la radiación solar.
Cubiertas y fachadas constituyen precisamente una parte importante del intercambio térmico entre un edificio y el exterior. Reducir el calentamiento superficial puede contribuir a disminuir las ganancias térmicas y, en consecuencia, las necesidades de refrigeración interior.
Desde el punto de vista de la rehabilitación energética, esta tecnología podría integrarse en el futuro dentro de estrategias destinadas a mejorar el comportamiento de la envolvente frente al calor, complementando medidas como el aislamiento térmico, la protección solar, las fachadas ventiladas, las cubiertas frías o la incorporación de vegetación.
No se trataría, por tanto, de sustituir el aislamiento o los sistemas de climatización, sino de incorporar una nueva herramienta pasiva para reducir las cargas térmicas que debe soportar el edificio.
Potencial para reducir la demanda de refrigeración de los edificios
El interés de la refrigeración radiativa pasiva aumenta a medida que crecen las necesidades de refrigeración asociadas al incremento de las temperaturas y a los episodios de calor extremo.
Frente a los sistemas convencionales, esta tecnología presenta una diferencia fundamental: el proceso de enfriamiento no requiere un aporte continuo de electricidad.
Esto abre la posibilidad de desarrollar envolventes capaces de gestionar mejor la radiación solar antes incluso de que el calor llegue al interior del edificio.
En rehabilitación, donde mejorar el comportamiento térmico de inmuebles existentes constituye uno de los principales retos, los materiales de refrigeración radiativa podrían convertirse a medio o largo plazo en un complemento de otras soluciones pasivas.
Su verdadero impacto dependerá, sin embargo, de factores como el coste, la durabilidad, la posibilidad de fabricar superficies de gran tamaño, su integración con los sistemas constructivos existentes y el comportamiento bajo diferentes condiciones climáticas.
Una tecnología todavía en fase de desarrollo
Los resultados obtenidos por el equipo del CSIC muestran el potencial del nuevo nanomaterial, pero la tecnología todavía se encuentra en fase de investigación.
Uno de los aspectos destacados por los investigadores es precisamente la posibilidad de escalar el método de fabricación.
Cristina Vicente, investigadora del IMN-CNM y líder del proyecto COOLed, señala que el procedimiento desarrollado es relativamente económico y puede adaptarse a procesos industriales, lo que podría facilitar futuras aplicaciones en diferentes sectores.
Antes de llegar a fachadas o cubiertas reales será necesario estudiar cuestiones como la fabricación a mayor escala, la integración del material en productos constructivos, su comportamiento durante periodos prolongados y su rendimiento en diferentes condiciones climáticas.
La investigación proporciona, en cualquier caso, una nueva vía para desarrollar materiales capaces de intervenir de forma pasiva en el comportamiento térmico de los edificios.
En un escenario en el que reducir la demanda energética de refrigeración se está convirtiendo en una prioridad creciente, conseguir que la propia envolvente pueda reflejar gran parte de la energía solar y disipar calor hacia el exterior sin consumir electricidad abre una línea especialmente interesante para la futura rehabilitación energética de edificios.
