Integración de electrónica en baldosas cerámicas para avanzar hacia el futuro de la energía solar en la edificación
Investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universitat Politècnica de València (UPV) trabajan conjuntamente en un nuevo modelo de mejora funcional y estética a la hora de llevar la energía solar a la cerámica en el ámbito de la edificación.
En concreto, el trabajo es una colaboración permanente entre Ronan Daly, Abir Al-Tabbaa, Regana Vasanthanayagam y María Cristina Rodríguez-Rivero, investigadores todos ellos del Institute for Manufacturing (IfM) de la Universidad de Cambrige, y Javier Orozco-Messana e Ian Fausto Zanchetta Chittka, de la UPV.
Su objetivo final es la creación de baldosas con funcionalidad electrónica embebida por impresión superficial que ofrezcan nuevas posibilidades a la arquitectura sin perder de vista el medio ambiente.
Dos ventajas fundamentales
“La idea de tener aparatos electrónicos impresos en el exterior de los edificios no es nueva, pero integrarlos en baldosas cerámicas sí lo es, y creemos que ofrece dos ventajas fundamentales”, afirma Daly.
“La primera es que alarga la vida útil de los dispositivos electrónicos”, indica el investigador del IfM. “Los componentes electrónicos externos, especialmente los orgánicos, se degradan rápidamente a medida que se exponen a los elementos. Al incrustar las conexiones y los dispositivos eléctricos dentro de la baldosa, muchas de estas partes podrían protegerse, con aquellas funciones no embebibles interconectadas con la baldosa a voluntad”.
“La segunda ventaja”, prosigue Daly, “es que se trata de un proceso que la industria de las baldosas cerámicas ya está preparada para implementar. En países productores tradicionales como España e Italia se ha producido un cambio en toda la industria de la serigrafía convencional de gráficos, con tiradas grandes de impresión por inyección de tinta e impresión bajo demanda. Ello ha reducido significativamente tanto el desperdicio como el almacenamiento, y ha ayudado a estos fabricantes a competir con nuevos productores como China”.
Desafíos de la investigación
Actualmente, los investigadores están desarrollando un sistema que preserva la funcionalidad de la electrónica embebida a través de un proceso que permite soportar tanto los elevados esfuerzos mecánicos presentes durante el prensado como las temperaturas extremas de cocción, permitiendo la integración total de la funcionalización electrónica en el proceso industrial de fabricación de baldosas.
La materia prima de la baldosa se reduce a una mezcla polvo cerámico que, tras su prensado, es cocida a 1200 ° C, por lo que crear componentes electrónicos que puedan sobrevivir a tales temperaturas supone un desafío. Para superarlo, se pretende controlar la cantidad de oxígeno presente durante el proceso, algo que a día de hoy es viable en laboratorios, pero no es práctico para uso industrial.
A su vez, el equipo trabaja en el control de la porosidad de la cerámica, ya que se necesita espacio dentro de la baldosa para poder acumular la energía eléctrica generada fotovoltaicamente para alimentar los distintos circuitos electrónicos.
“Existe un método para incrustar componentes electrónicos, que utiliza la compresión en dos etapas, que ya se utiliza en baldosas cerámicas”, señala Daly. “Nuestra alternativa radica en imprimir los elementos con tintas especiales entre las distintas capas de compresión”, explica el investigador.
El control de la porosidad permite embeber grafeno dentro de la amplia superficie de la porosidad conectada. Este, tras un tratamiento termoquímico adecuado, se convierte en un súper condensador que acumula o distribuye la energía fotovoltaica, a través de contactos internos, a los componentes incrustados, perfectamente seguros entre las dos capas cerámicas.
“Ahora”, continúa Daly, “estamos estudiando los detalles del flujo poroso y la sinterización del material para comprender cómo controlar mejor este proceso. Cuando se refine este proceso, los nuevos mosaicos funcionales se podrán producir a gran escala, combinando funcionalidades electrónicas elementales que puedan simultáneamente generar energía y utilizarla mientras desarrollan su trabajo, potenciando su efecto sinérgico conectándose entre sí para asumir funciones complejas dentro del edificio”.
Desarrollo de prototipos preindustriales
Como parte del proceso, el equipo investigador trabaja ya en el desarrollo de prototipos industriales, como indica, Javier Orozco, investigador de la UPV: “Tras los prometedores resultados obtenidos, estamos ya trabajando con una empresa en el desarrollo de prototipos preindustriales para su utilización en pilotos”.
“Esperamos desarrollar la patente de concepto que ya está registrada, y tener una implantación real, vinculada a un proyecto de la última convocatoria del Green Deal de la Unión Europea, en Lovaina, Frankfurtam-Oder, Udine y Valencia, para avanzar en el desarrollo de las nuevas ciudades verdes y sostenibles”, concluye.
Otros posibles usos La energía generada sería de bajo nivel, pero continua, y no afectaría al aspecto exterior del edificio. Dicha energía podría usarse para una gran variedad de funciones, como por ejemplo alimentar sensores de contaminación y llevar a cabo un monitoreo ambiental.
Así mismo, el nuevo modelo IfM-UPV facilitaría la opción de adaptar medioambientalmente edificios históricos, llegando a lugares donde habitualmente los paneles solares no son apropiados, y permitiendo dotar de un carácter más ecológico a elementos patrimoniales sin que estos pierdan su carácter protegido.
