Investigadores de la Universidad de Huelva han desarrollado un fluido innovador que almacena energía solar, combinando parafina y sílice, mejorando así la eficiencia energética en diversas aplicaciones.
Un equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Química y del Centro de Investigación en Tecnología de Productos y Procesos Químicos (Pro2TecS) de la Universidad de Huelva (UHU) ha desarrollado un fluido innovador capaz de almacenar calor, destinado a su uso en sistemas solares térmicos, procesos industriales y climatización. Esta emulsión se compone de microgotas de parafina, que almacenan energía al fundirse, combinadas con nanopartículas de sílice, que evitan la agrupación de las partículas.
La singularidad del trabajo radica en dos aspectos fundamentales. En primer lugar, la emulsión no utiliza agua como componente base, a diferencia de muchas alternativas existentes. Esto permite que funcione en un rango más amplio de temperaturas, dado que el agua hierve a 100 grados centígrados, limitando ciertas aplicaciones térmicas. En segundo lugar, el equipo optó por utilizar nanopartículas de sílice en lugar de estabilizantes químicos tradicionales. Estas nanopartículas mantienen separadas las microgotas de cera y permiten ajustar propiedades como textura y estabilidad según la cantidad utilizada.
A pesar de que este descubrimiento aún se encuentra en fase experimental, los investigadores sugieren que esta emulsión podría ser aplicada en tecnologías que requieren almacenamiento o gestión del calor. Esto incluye depósitos asociados a instalaciones solares térmicas, que utilizan la radiación solar para calentar un fluido; procesos industriales generadores de calor aprovechable; así como sistemas destinados a regular la temperatura interior en edificios o conservar alimentos sensibles a variaciones térmicas.
A diferencia de los paneles fotovoltaicos, que convierten la radiación solar en electricidad, los sistemas solares térmicos aprovechan dicha radiación para calentar un fluido. Este fluido circula por tuberías hacia un depósito aislado donde se almacena el calor para su uso posterior. La emulsión desarrollada por el equipo onubense no solo almacena calor mediante el aumento de temperatura, sino que también utiliza la capacidad única de la parafina para cambiar su estado físico. Al recibir calor, esta cera se funde y absorbe energía; al enfriarse, vuelve a solidificarse y libera esa energía acumulada en forma de calor. Este mecanismo permite almacenar más energía térmica comparado con fluidos convencionales basados únicamente en agua.
El estudio fue publicado en la revista Thermal Science and Engineering Progress, donde los investigadores analizaron cómo influye la cantidad de nanopartículas de sílice sobre el comportamiento del nuevo material. Se evaluó si la emulsión mantenía una buena fluidez y continuaba siendo efectiva para almacenar y liberar calor tras múltiples ciclos térmicos. “Queríamos comprobar que el material conservaba sus propiedades tras un uso continuado”, explica Sebastián Sanabria, investigador involucrado en el proyecto.
Para crear esta emulsión, los investigadores utilizaron una parafina con punto de fusión entre 58 y 60 grados centígrados, adecuada para aplicaciones como sistemas solares térmicos o climatización. La mezcla se realizó incorporando polietilenglicol 400 como base del material, lo cual permite soportar temperaturas superiores a las del agua. Durante el proceso, se calentó la parafina hasta fundirla antes de dispersarla en el líquido mediante agitación rápida.
Uno de los grandes desafíos fue evitar que las microgotas se unieran entre sí o que la mezcla perdiera estabilidad con el tiempo. Para ello se emplearon nanopartículas de sílice que actúan como barrera física alrededor de cada gota. Este método conocido como emulsión Pickering elimina la necesidad de estabilizantes químicos convencionales.
Los resultados obtenidos muestran que cuanto mayor es la cantidad de sílice utilizada, más pequeñas son las microgotas y mayor es la estabilidad general del fluido. Esta característica es crucial para garantizar su circulación por tuberías sin perder eficacia. Las pruebas revelaron además que el sistema mantiene su funcionamiento estable tras numerosos ciclos térmicos.
El siguiente paso será probar esta emulsión en una planta piloto ubicada en la Universidad de Huelva para evaluar su desempeño bajo condiciones más cercanas a su uso real. El objetivo final es avanzar hacia materiales que mejoren significativamente la eficiencia energética y contribuyan a reducir el consumo global de combustibles fósiles.
Esta investigación ha sido financiada por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación mediante ayudas posdoctorales EMERGIA y cuenta también con apoyo del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades junto con fondos europeos del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).
El nuevo fluido presenta varias ventajas, como la capacidad de operar en un rango de temperaturas más amplio al no utilizar agua como base. Además, combina la capacidad de almacenamiento térmico del agua con la propiedad de la parafina de cambiar de estado, lo que permite almacenar más energía térmica en comparación con fluidos convencionales.
La emulsión podría emplearse en sistemas solares térmicos, procesos industriales que generan calor aprovechable, climatización de edificios y en sistemas de transporte y conservación de alimentos sensibles a cambios térmicos.
Se utilizó un método conocido como emulsión Pickering, donde nanopartículas de sílice crean una barrera física alrededor de cada gota, manteniéndolas separadas y evitando la necesidad de estabilizantes químicos convencionales.
El siguiente paso es probar la emulsión en una planta piloto de la Universidad de Huelva para evaluar su comportamiento en condiciones más cercanas a un uso real y avanzar hacia materiales que mejoren la eficiencia energética.