Pensándolo bien...

El enfriamiento radiativo pasivo parte de la idea sencilla de que un cuerpo puede perder calor mediante radiación electromagnética sin consumir electricidad ni realizar trabajo mecánico. El objetivo es fabricar materiales, incluidos los tejidos, que absorban muy poca energía solar y, al mismo tiempo, emitan con eficacia el calor procedente del cuerpo hacia el entorno. Durante mucho tiempo, el blanco se ha considerado el color más favorable porque refleja una gran fracción de la luz visible. Sin embargo, los nuevos materiales demuestran que un tejido de color también puede superar térmicamente al algodón blanco si se controla con precisión qué longitudes de onda absorbe, cuáles refleja y en qué región espectral emite.

La clave reside en comprender que la radiación solar no está formada por un único color. Contiene ultravioleta, luz visible e infrarrojo cercano. Un tejido blanco refleja gran parte del visible y por eso se calienta menos que uno oscuro convencional. Pero un tejido de color no necesita absorber toda la radiación que no corresponde a su tonalidad. Puede diseñarse para absorber solamente una banda estrecha del visible, suficiente para producir el color deseado, y reflejar la mayor parte del resto del espectro solar, especialmente el infrarrojo cercano, que transporta una fracción importante de la energía incidente.

                               Imagen creada con ayuda de ChatGPT con DALL-E

En el tejido morado que se propone en la Universidad de Adelaida, las fibras microscópicas de poliuretano termoplástico se fabrican mediante electrohilado e incorporan ZIF-67 y nanopartículas de óxido de zinc. El ZIF-67 es un material metal-orgánico poroso, perteneciente a la familia de los MOF (Metal–Organic Frameworks) y, dentro de ella, al subgrupo de los ZIF (Zeolitic Imidazolate Frameworks). Está constituido esencialmente por iones de cobalto Co²⁺ unidos mediante moléculas de 2-metilimidazolato, formando una red tridimensional muy ordenada y porosa, de topología semejante a la de una zeolita tipo sodalita. Su composición suele representarse aproximadamente como:

donde MeIm⁻ representa el anión 2-metilimidazolato. Cada ion de cobalto está coordinado tetraédricamente a átomos de nitrógeno de los ligandos orgánicos, construyendo una estructura cristalina con cavidades nanométricas. En el caso del tejido morado de enfriamiento radiativo que estamos comentando, interesa especialmente por sus propiedades ópticas. El ZIF-67 posee naturalmente una tonalidad violeta o púrpura asociada a los centros de cobalto. En el material descrito, absorbe de manera preferente una zona relativamente limitada del espectro visible, particularmente alrededor del verde, aproximadamente 500–600 nm, mientras permite conservar una elevada reflexión en otras regiones, especialmente en el infrarrojo cercano. Al eliminar parte de esa región verde de la luz reflejada, el ojo percibe el conjunto como morado. Sin embargo, el material sigue reflejando intensamente otras longitudes de onda, en particular buena parte del infrarrojo cercano. El óxido de zinc contribuye además a una reflectancia elevada en el visible. Así se desacopla parcialmente el color aparente de la cantidad total de energía solar absorbida.

El proceso puede imaginarse como una selección espectral. Cuando la luz solar alcanza el tejido, una parte mínima se absorbe para generar el color; otra parte mucho mayor es devuelta al ambiente por reflexión y dispersión en las microfibras, interfaces y nanopartículas. Cuanto mayor sea esta reflectancia solar total, menor será la energía transformada en vibraciones moleculares y, por tanto, en calor. El tejido estudiado refleja en promedio el 87,6 % de la radiación solar, pese a presentar una tonalidad morada visible.

Pero reflejar el Sol solo resuelve la mitad del problema. El tejido debe también desprenderse del calor que recibe de la piel y del que inevitablemente absorbe. Aquí interviene la llamada «ventana de transparencia atmosférica». La atmósfera contiene vapor de agua, dióxido de carbono y otros gases capaces de absorber muchas regiones del infrarrojo. Sin embargo, entre aproximadamente 8 y 13 micrómetros existe una zona en la que la absorción atmosférica es relativamente baja. La radiación térmica emitida en esta banda puede atravesar la atmósfera con mucha mayor facilidad y escapar hacia capas altas y, finalmente, hacia el espacio.

Por eso un material de enfriamiento radiativo eficaz se diseña para presentar una elevada emisividad en esa región. El tejido morado alcanza una emisividad infrarroja media cercana al 96,4 %. De esta forma, la energía térmica procedente del cuerpo y del propio material no queda retenida, sino que se transforma en fotones infrarrojos capaces de salir a través de la ventana atmosférica. El balance térmico puede resultar entonces más favorable que el de un algodón blanco convencional, que refleja bien el visible pero no necesariamente combina esa reflectancia con una emisión tan selectiva y eficiente en el infrarrojo medio.

Los ensayos muestran la consecuencia práctica de que el nuevo tejido puede mantenerse varios grados más frío que el algodón blanco bajo irradiación solar directa. Esto no significa que el morado sea, por naturaleza, más frío que el blanco. Significa que la ingeniería óptica permite fabricar un material morado que absorbe solo las longitudes necesarias para producir su color, refleja la mayor parte de la energía solar restante y evacua calor mediante radiación infrarroja en la ventana de 8 a 13 micrómetros.

El principio abre una posibilidad importante para diseñar prendas azules, verdes, rojas, violetas o de otras tonalidades seleccionando materiales cuya absorción visible sea estrecha, mientras se mantiene alta la reflectancia fuera de esa banda y elevada la emisividad infrarroja. El futuro de la ropa fresca, por tanto, puede depender menos del color observado y mucho más de una arquitectura microscópica capaz de administrar selectivamente la luz y el calor.

Sopa de letras: ENFRIAMIENTO RADIATIVO PASIVO

Soluciones: LINUS PAULING ARQUITECTO DE MOLECULAS