La idea de reciclar la celulosa del mosto de cerveza en una aplicación transparente y energéticamente eficiente para el vidrio de las ventanas no se hizo popular después de aparecer en los titulares en 2018, pero ha estado en un segundo plano todo este tiempo. Los investigadores acaban de obtener otro avance utilizando pulpa de papel y sus solicitudes de patente están pendientes de aprobación. Este podría ser un tiempo de espera para la industria de la construcción, que está bajo presión para reducir su participación en las emisiones globales de gases de efecto invernadero.
La búsqueda de una ventana de ahorro energético, Edición Cerveza
El vidrio de las ventanas es responsable de una gran parte de la pérdida de energía. Según una estimación, los sistemas de aire acondicionado en los edificios representan el 14 % del uso total de energía en los Estados Unidos, y alrededor del 25 % se destina a los cristales de las ventanas cuando hace frío.
El ángulo del mosto salió a la luz en 2018, cuando los investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder discutieron su búsqueda de un aerogel transparente a base de celulosa. Obtuvieron la celulosa de una fuente conveniente en su área, los desechos líquidos sobrantes de las cervecerías (también conocido como mosto).
Para hacer crecer la celulosa, plantaron bacterias especializadas en los desechos durante dos semanas. Una vez que tuvieron suficiente, lo recolectaron e hicieron un aerogel que tenía aproximadamente un 90% de gas.
Con solo un 10 % de sólidos, un aerogel forma una estructura compleja con cualidades aislantes superiores, lo que aumenta el potencial de uso como aislante liviano y de bajo consumo. El problema es que los aerogeles típicos tienen una nanoestructura confusa que produce una apariencia ahumada y translúcida, lo que limita su aplicación a los cristales de las ventanas de los edificios.
El equipo de CU Boulder puso el listón más alto, ya que su objetivo era hacer un material adecuado para su uso en Marte. Optimizaron la estructura de su aerogel para suavizar las irregularidades y permitir que pase más luz.
«Podrías recoger la luz del sol a través de ese material aislante térmico y almacenar la energía en su interior, protegiéndote de esos grandes cambios de temperatura que tienes en Marte o la Luna», explicó Ivan Smalyukh, del Departamento de Física de la escuela.
Si esto suena como un trabajo para la oficina de financiación de investigación de vanguardia del Departamento de Energía, ARPA-E, lo era. En 2016 ARPA-E concedió una beca al grupo de investigación desarrollar una película de celulosa nanoestructurada transparente que se pueda adaptar a las ventanas.
“El equipo podrá recolectar económicamente la celulosa necesaria para las películas a partir de desechos de alimentos mediante un proceso impulsado por bacterias. La celulosa se autoensamblará en estructuras similares a cristales líquidos que reflejan selectivamente la luz infrarroja (o el calor) mientras transmiten la luz visible”, explicó ARPA-E, y agregó que “la tecnología está relacionada con cristales líquidos que se utilizan en pantallas que van desde pantallas inteligentes teléfonos a televisores de pantalla plana de alta definición.
Las películas para ventanas transparentes y energéticamente eficientes se pueden hacer de madera, tal como se hacía en los viejos tiempos.
Una ventana de mosto energéticamente eficiente que realmente funciona
El equipo estaba bastante contento con sus resultados. Describieron su aerogel como «una película delgada y flexible que es aproximadamente 100 veces más liviana que el vidrio».
Entre la esquina de eficiencia energética y el peso ligero, las aplicaciones de ventanas son más nítidas. La calidad resistente al calor de la película es otra ventaja. «Este gel es tan resistente al calor que podrías ponerte una tira en la mano y encender un fuego y no sentir nada», informó CU Boulder.
Mientras tanto, un equipo de investigación del Laboratorio de Productos Forestales del Departamento de Agricultura de EE. UU. también se ha dado cuenta del ángulo de la celulosa.
En lugar de depender de las bacterias para hacer el trabajo pesado, el equipo del USDA trató la madera de balsa con un baño oxidante que la hizo casi transparente y luego le inyectó el polímero sintético alcohol polivinílico.
Si esto comienza a sonarle familiar, es posible que esté pensando en el papel encerado que se usaba comúnmente en los edificios rústicos antes de que el vidrio de las ventanas se volviera barato y estuviera ampliamente disponible.
En un estudio publicado en la revista Materiales funcionales avanzadosEl equipo del USDA informó los siguientes atributos para su ventana de eficiencia energética:
1) alta transmitancia óptica (≈91%), comparable a la del vidrio;
2) alta transparencia con baja opacidad (≈15%)
3) alta tenacidad (3,03 MJ m-3) que es 3 órdenes de magnitud mayor que el vidrio estándar (0.003 MJ m-3)
4) baja conductividad térmica (0,19 W m-1 k-1) que es más de 5 veces menor que la del vidrio.
También señalaron que la madera clara se puede manipular con equipos industriales estándar. «La madera escalable, de alta claridad y transparente demostrada en el trabajo actual puede emplearse potencialmente como ventanas sostenibles y de bajo consumo de energía para obtener importantes beneficios ambientales y económicos», concluyeron.
Un paso más cerca de la ventana de papel del futuro
En el último desarrollo, los investigadores del equipo de CU Boulder introdujeron una mezcla a base de papel para una ventana de eficiencia energética, trabajando con afiliados del Instituto Internacional para la Sostenibilidad con Meta Materia Quiral Anudada en la Universidad de Hiroshima en Japón y el Departamento Nacional de Energía Renovable. de Laboratorio de Energía.
El 16 de marzo, el diario Naturaleza publicaron su investigación bajo el título «Aerogel de celulosa silanizada de alta transparencia para aumentar la eficiencia energética de los acristalamientos de los edificios.«
Esta vez, el equipo usó pulpa de papel en lugar de cultivar bacterias. Informaron sobre la «producción escalable de aerogeles de celulosa silanizada altamente transparentes (SiCellAs) con características materiales adecuadas para aplicaciones de acristalamiento», que podrían intercalarse entre paneles de vidrio o usarse para aislar paredes.
Si tienes el equipo adecuado, puedes hacerlo tú mismo en casa. Simplemente ordene un poco de pulpa de madera dura nunca seca de la División Rumsford de Nine Dragons Paper, que es donde el equipo de CU Boulder obtuvo su suministro.
Después de eso se vuelve un poco más complicado. Ayuda si tiene una licuadora, extractor de jugos, molinillo, sonificador, algún otro equipo y mucha paciencia, porque algunos de los pasos deben repetirse muchas veces para producir un lote de fibras de celulosa oxidada puras dispersas en agua. Esto te lleva al círculo completo para hacer aerogel, que es un juego de pelota completamente diferente. Entonces, en retrospectiva, probablemente sería más fácil esperar a que la nueva investigación llegue al mercado.
Puede tomar algún tiempo, pero las solicitudes de patentes ya se han presentado. El equipo de CU Boulder también señala que el material de partida para su nuevo aerogel energéticamente eficiente es abundante en la Tierra y que es compatible con los métodos de fabricación de rollo a rollo estándar de la industria.
“Los aerogeles tienen una transmisión de luz visible del 97-99 % (mejor que el vidrio), una neblina de alrededor del 1 % y una conductividad térmica más baja que la del aire en calma”, señalan.
Técnica limpia también está vigilando las células solares transparentes que podrían ayudar a convertir los edificios en unidades de generación de energía distribuida. Manténgase en sintonía para saber más.
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Foto: Película de eficiencia energética para ventanas de madera de balsa, cortesía de USDA.
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