Informe sobre Innovación en Materiales de Construcción para la Sostenibilidad Energética

El sector de la construcción enfrenta el desafío de mitigar su impacto ambiental, dado que las edificaciones representan aproximadamente el 40% del consumo energético mundial. En respuesta a esta problemática, un equipo de investigación de la Universidad de Drexel ha desarrollado un material de construcción innovador que integra un sistema de regulación térmica pasiva. Este avance se alinea directamente con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), promoviendo una infraestructura más resiliente y energéticamente eficiente.

Desarrollo de un Sistema de Regulación Térmica Pasiva Inspirado en la Naturaleza

Principio de Funcionamiento y Biomimética

El sistema, concebido en el Laboratorio de Materiales de Infraestructura Avanzada (AIM Lab), se inspira en los mecanismos de termorregulación de mamíferos como los elefantes y los conejos. Replica sus sistemas vasculares mediante la incorporación de una red de canales en materiales a base de cemento. Estos canales se rellenan con un material de cambio de fase (PCM) a base de parafina, que absorbe y libera calor de manera pasiva al transitar entre los estados sólido y líquido, estabilizando así la temperatura de las superficies del edificio.

Abordando la Ineficiencia Energética Estructural

Las superficies de los edificios, como paredes, techos y suelos, son responsables de hasta un 63% de la pérdida de energía. Esta tecnología convierte dicha debilidad en una fortaleza funcional. Los principales desafíos que aborda son:

• Reducir la dependencia de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), grandes consumidores de energía.
• Mejorar el aislamiento térmico sin sacrificar elementos de diseño, como las superficies acristaladas.
• Transformar elementos estructurales pasivos en componentes activos para la gestión energética.

Contribución Directa a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)

Esta innovación representa un avance significativo en la consecución de varias metas globales establecidas en la Agenda 2030.

ODS 7 (Energía Asequible y no Contaminante) y ODS 11 (Ciudades y Comunidades Sostenibles)

Al reducir la carga sobre los sistemas HVAC, el material disminuye directamente el consumo de energía en los edificios. Esto no solo contribuye a la meta de energía asequible y limpia (ODS 7), sino que también es un pilar para el desarrollo de edificaciones y ciudades más sostenibles y resilientes (ODS 11), capaces de adaptarse a las variaciones climáticas con un menor gasto energético.

ODS 9 (Industria, Innovación e Infraestructura) y ODS 13 (Acción por el Clima)

El proyecto es un claro ejemplo de innovación aplicada a la infraestructura (ODS 9), modernizando un sector tradicional como la construcción. Al disminuir la huella energética de los edificios, se reduce la emisión de gases de efecto invernadero asociados a la generación de electricidad, lo que constituye una medida concreta de mitigación del cambio climático (ODS 13).

Metodología Experimental y Resultados Clave

Proceso de Fabricación y Pruebas

El equipo de investigación siguió un proceso metodológico riguroso para evaluar la viabilidad del sistema:

1. Diseño y fabricación de matrices poliméricas mediante impresión 3D para definir la geometría de la red vascular.
2. Integración de estas matrices en el material cementoso antes de su fraguado.
3. Relleno de los canales con parafina, seleccionada por su punto de fusión cercano a los 18 °C, ideal para climas fríos, aunque adaptable a otras condiciones.
4. Evaluación de diversas configuraciones de canales, incluyendo patrones lineales y en forma de diamante.

Hallazgos Principales

• La configuración de canales en forma de diamante demostró ser la más eficaz, equilibrando la integridad estructural con el rendimiento térmico.
• El sistema logró mantener una regulación térmica de hasta 1.25 °C por hora en relación con la temperatura ambiente.
• Se confirmó que una mayor superficie vascular, análoga a los sistemas biológicos, mejora el rendimiento térmico del material.
• La adición de agregados finos al cemento mejoró la resistencia mecánica sin comprometer la capacidad de regulación térmica.

Proyecciones Futuras y Potencial de Implementación

Aunque la investigación se encuentra en una fase experimental, los resultados sientan una base sólida para el desarrollo de materiales de construcción inteligentes y sostenibles. Los próximos pasos del equipo incluyen la prueba de diferentes tipos de PCM y geometrías de canal en condiciones ambientales más diversas y durante períodos prolongados. Esta tecnología tiene el potencial de convertirse en un componente clave en los esfuerzos globales por construir un futuro más sostenible y reducir la huella energética de la infraestructura urbana.

1. ¿Qué Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) se abordan o están conectados con los temas destacados en el artículo?

• ODS 7: Energía Asequible y no Contaminante

  El artículo se centra en el desarrollo de un nuevo material de construcción diseñado para revolucionar la “eficiencia energética en edificaciones”. El objetivo principal de esta innovación es “reducir el consumo energético de los edificios”, que según el texto, “representa cerca del 40% del total mundial”. Al mejorar la eficiencia energética, se reduce la demanda de energía, lo que contribuye directamente a hacer la energía más sostenible y asequible.

• ODS 9: Industria, Innovación e Infraestructura

  La investigación representa una innovación tecnológica significativa en el sector de la construcción. El artículo describe la creación de “materiales de construcción más inteligentes y sostenibles” a través de un proceso innovador que incluye la impresión 3D y el uso de materiales de cambio de fase (PCM). Esto se alinea con el objetivo de modernizar la infraestructura y promover una industrialización sostenible mediante la adopción de nuevas tecnologías.

• ODS 11: Ciudades y Comunidades Sostenibles

  El desarrollo de materiales de construcción energéticamente eficientes es fundamental para crear edificios y, por extensión, ciudades más sostenibles. El artículo señala que las superficies de los edificios son responsables de una pérdida de energía significativa. Al abordar este problema, la tecnología propuesta ayuda a reducir la “huella energética de nuestras edificaciones”, contribuyendo a que los entornos urbanos sean más resilientes y sostenibles.

• ODS 13: Acción por el Clima

  El alto consumo de energía en los edificios, especialmente por los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), es una fuente importante de emisiones de gases de efecto invernadero. Al crear un sistema de calefacción y enfriamiento pasivo que “podría aliviar significativamente la carga sobre los sistemas HVAC”, esta innovación contribuye directamente a la mitigación del cambio climático al reducir el consumo de energía y, en consecuencia, las emisiones asociadas.

2. ¿Qué metas específicas de los ODS se pueden identificar en función del contenido del artículo?

• Meta 7.3: Duplicar la tasa mundial de mejora de la eficiencia energética.

  El propósito central de la tecnología descrita en el artículo es mejorar drásticamente la eficiencia energética. El texto afirma que el avance busca “revolucionar la eficiencia energética en edificaciones” para abordar el hecho de que los edificios consumen el 40% de la energía mundial. El desarrollo de un material que regula pasivamente la temperatura es una acción directa hacia el cumplimiento de esta meta.

• Meta 9.4: Modernizar la infraestructura y reconvertir las industrias para que sean sostenibles.

  El artículo describe una innovación que podría “reconvertir” la industria de la construcción hacia prácticas más sostenibles. Al proponer un “material de construcción más inteligente y sostenible”, la investigación promueve la adopción de “tecnologías y procesos industriales limpios y ambientalmente racionales”, como se estipula en esta meta.

• Meta 11.6: Reducir el impacto ambiental negativo per cápita de las ciudades.

  La implementación de este material en la construcción de edificios urbanos reduciría su consumo energético. Esto disminuiría directamente el impacto ambiental general de las ciudades, ya que una menor demanda de energía para calefacción y refrigeración se traduce en una menor “huella energética”, un componente clave del impacto ambiental urbano.

3. ¿Hay algún indicador de los ODS mencionado o implícito en el artículo que pueda usarse para medir el progreso hacia los objetivos identificados?

• Indicador relacionado con la Meta 7.3 (Intensidad energética):

  Aunque el indicador oficial (7.3.1: Intensidad energética medida en términos de energía primaria y PIB) no se menciona explícitamente, el concepto de intensidad energética está implícito. El artículo proporciona datos clave que sirven como métricas para medir el progreso:

  • Métrica del problema: “El consumo energético de los edificios, que actualmente representa cerca del 40% del total mundial”. Este dato establece una línea de base sobre la intensidad energética del sector de la construcción.
  • Métrica de rendimiento: El material demostró una “regulación térmica de hasta 1,25 °C por hora respecto a la temperatura ambiente”. Este es un indicador cuantificable de la mejora en la eficiencia que la tecnología puede ofrecer, lo que a su vez reduciría la intensidad energética de un edificio.

• Indicador relacionado con la Meta 9.4 (Emisiones de CO2):

  El indicador oficial (9.4.1: Emisiones de CO2 por unidad de valor añadido) no se menciona, pero está fuertemente implícito. El artículo se enfoca en “reducir la huella energética de nuestras edificaciones”. Dado que una gran parte de la energía utilizada para los sistemas HVAC proviene de combustibles fósiles, una reducción en el consumo de energía implica directamente una reducción en las emisiones de CO2. La “huella energética” puede ser utilizada como un indicador indirecto de las emisiones de CO2 del sector de la construcción.

4. Cree una tabla con tres columnas titulada ‘ODS, metas e indicadores’ para presentar los hallazgos del análisis del artículo.

Fuente: elperiodicodelaenergia.com