Un nanomaterial del CSIC logra enfriar superficies hasta 12,9 ºC sin consumir electricidad

Un equipo de investigadores del Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN-CNM, CSIC) ha desarrollado un nuevo nanomaterial capaz de reducir la temperatura de superficies expuestas a la radiación solar sin consumir electricidad. La tecnología se basa en la denominada refrigeración radiativa pasiva diurna y podría tener aplicaciones futuras en cubiertas y fachadas de edificios, dispositivos electrónicos, vehículos o sistemas de gestión térmica personal.

El trabajo, desarrollado por investigadores del grupo Functional Nanoscale Devices for Energy (FINDER), ha sido publicado en la revista científica Nanophotonics. Los ensayos realizados al aire libre durante el verano de 2025 en Tres Cantos (Madrid) consiguieron registrar una reducción máxima de temperatura de 12,9 ºC respecto a una muestra de referencia sin recubrimiento, en condiciones de elevada radiación solar.

El avance cobra especial relevancia en un contexto de crecimiento de las necesidades de refrigeración. Según datos publicados en 2026 por la Agencia Internacional de la Energía (AIE), la demanda eléctrica mundial destinada a refrigeración de espacios ha aumentado alrededor de un 50 % desde 2015, hasta alcanzar aproximadamente los 2.900 TWh, impulsada por las altas temperaturas y la creciente penetración de los sistemas de aire acondicionado.

¿Cómo funciona la refrigeración radiativa pasiva?

La refrigeración radiativa pasiva diurna (PDRC, por sus siglas en inglés) aprovecha la capacidad de determinados materiales para evacuar calor hacia el exterior mediante radiación infrarroja sin necesidad de compresores, ventiladores ni suministro eléctrico.

Para conseguirlo, el material debe combinar fundamentalmente dos propiedades. Por un lado, necesita reflejar una elevada proporción de la radiación solar para limitar la energía que absorbe y evitar su calentamiento. Por otro, debe ser capaz de emitir eficazmente el calor en el rango infrarrojo de entre 8 y 13 micrómetros, conocido como ventana de transparencia atmosférica.

En esta franja del espectro, parte de la radiación térmica puede atravesar la atmósfera y disiparse hacia el espacio. Si las condiciones ambientales son adecuadas, el balance energético puede llegar a ser negativo y permitir que una superficie alcance temperaturas inferiores a las de su entorno sin recurrir a un sistema activo de refrigeración. 

Este principio comparte objetivos con otras estrategias de enfriamiento pasivo de los edificios, como las cubiertas reflectantes o cubiertas frías. Las soluciones de elevada reflectancia pueden contribuir a reducir las ganancias térmicas a través de la cubierta y disminuir la demanda energética de refrigeración, especialmente en climas cálidos y zonas afectadas por el efecto isla de calor.

Una red tridimensional de PVDF para mejorar el comportamiento térmico

La investigación del IMN-CNM se ha centrado en el fluoruro de polivinilideno (PVDF), un polímero especialmente interesante para este tipo de aplicaciones por su capacidad para emitir radiación infrarroja.

El PVDF presenta además características relevantes para una posible utilización en exteriores, como su resistencia a la radiación ultravioleta, comportamiento hidrófobo, estabilidad frente a la humedad y durabilidad.

“Estos polímeros PVDF reúnen una combinación de propiedades que resultan especialmente adecuados debido a que emiten muy bien el calor en el infrarrojo, su resistencia a la radiación ultravioleta, su carácter hidrófobo que favorece el efecto autolimpiante y se mantiene estable frente a la humedad, así como su durabilidad en exteriores”, explica Cristina Vicente, investigadora del IMN-CNM, CSIC.

La principal innovación del trabajo no reside únicamente en utilizar este polímero, sino en controlar su estructura a escala nanométrica.

Los investigadores infiltraron el PVDF en plantillas tridimensionales nanoporosas de óxido de aluminio anodizado (3D-AAO) para crear una red de nanoestructuras cuya geometría puede diseñarse con precisión. Posteriormente, las muestras fueron sometidas a distintos procesos de enfriamiento y a tratamientos con radiación ultravioleta para modificar su comportamiento óptico.

Reflectancia solar del 82,4 % y emisividad infrarroja del 96,7 %

La muestra que obtuvo mejores prestaciones fue sometida a un proceso de enfriamiento ultrarrápido y a un tratamiento UV destinado a blanquear el material y aumentar su capacidad para reflejar la radiación solar.

Según los resultados publicados, el nanomaterial optimizado alcanzó una reflectancia solar media del 82,4 % y una emisividad infrarroja del 96,7 % dentro de la ventana atmosférica comprendida entre 8 y 13 micrómetros.

A partir de estas propiedades, los investigadores calcularon una potencia teórica de refrigeración diurna de 182,3 W/m² bajo una irradiancia solar de 1.000 W/m². 

Los ensayos realizados posteriormente en condiciones reales durante el verano de 2025 en la azotea del IMN-CNM, en Tres Cantos, permitieron comprobar el funcionamiento de la solución fuera del laboratorio.

En condiciones especialmente favorables —días cálidos y secos y con elevada radiación solar— el sistema consiguió alcanzar una diferencia máxima de 12,9 ºC respecto a una caja de referencia vacía, con una irradiancia solar máxima registrada de 962 W/m². Por tanto, este valor debe interpretarse como el resultado máximo obtenido bajo unas condiciones experimentales concretas y no como una reducción garantizada de 12,9 ºC respecto a la temperatura ambiente en cualquier aplicación. 

Cubiertas y fachadas, entre sus posibles aplicaciones

Aunque el desarrollo se encuentra todavía en fase experimental, una de las principales aportaciones del trabajo es el método utilizado para fabricar las nanoestructuras tridimensionales de PVDF.

Según los investigadores, la estrategia podría ser escalable y adaptable a procesos industriales, abriendo la puerta al desarrollo de nuevos recubrimientos y materiales de refrigeración pasiva.

“Este método de fabricación es relativamente económico ya que se puede adaptar a procesos industriales y abre nuevas vías para diseñar materiales que podrían incorporarse en cubiertas y fachadas de edificios, dispositivos electrónicos, vehículos o sistemas de gestión térmica personal, contribuyendo a disminuir la necesidad de refrigeración activa y, con ello, el consumo energético y las emisiones asociadas al uso del aire acondicionado”, concluye Cristina Vicente, líder del proyecto COOLed.

En el ámbito de la edificación, este tipo de soluciones podrían incorporarse en el futuro al conjunto de estrategias destinadas a reducir el sobrecalentamiento y limitar las cargas de refrigeración, complementando medidas ya utilizadas como el aislamiento térmico, el control solar, las cubiertas frías o el diseño bioclimático.

El siguiente paso será comprobar cómo se comporta el material cuando se aumenta su escala, su durabilidad durante periodos prolongados y su rendimiento bajo diferentes condiciones climáticas antes de que pueda plantearse su incorporación a soluciones constructivas comerciales.

Fuente: CSIC