Espuma de algas: el nuevo biomaterial antiincendios que dará aislamiento y electricidad a las casas

El desarrollo de nuevos materiales de menor impacto ambiental es uno de los motores de la innovación científica y tecnológica, especialmente en sectores como el de la construcción. Uno de los hallazgos más recientes en este sentido es una revolucionaria espuma obtenida a partir de la combinación de algas marinas y un conductor similar al grafeno.

Lo que tiene de especial este novedoso compuesto es que reúne propiedades en apariencia contrapuestas, como son la conductividad eléctrica, el aislamiento térmico y su capacidad ignífuga, hasta el punto de que puede emplearse para diseñar sistemas inteligentes de alerta temprana contra el fuego.

Este remarcable logro ha sido posible gracias al trabajo de un equipo internacional del que forma parte el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) del CSIC, así como investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea, de la Universidad Politécnica de Turín y de la Universidad Drexel (Filadelfia, Estados Unidos).

Gasto energético

Según el CSIC, la calefacción y la refrigeración de los edificios consumen aproximadamente el 25% de la energía que se utiliza en todo el mundo. Cifra a la que, además, hay que añadir el gasto energético derivado de la fabricación de materiales aislantes para la construcción.

«Por ello, el desarrollo de un material capaz de aislar térmicamente una casa, de generar electricidad para iluminarla y, al mismo tiempo, de prevenir posibles incendios, supone un avance clave para reducir el consumo energético global», asegura la misma fuente.

Espuma multifuncional

Estos han sido los objetivos de los creadores de la innovadora espuma, cuyo proceso de desarrollo han detallado en un estudio publicado en la revista Nanoscale Horizons.

«Las espumas que combinan propiedades aparentemente opuestas, como un alto aislamiento térmico y conductividad eléctrica, son muy buscadas para las aplicaciones avanzadas de hoy en día», aseguran los científicos en dicho texto.

Equilibrio en la composición

El principal reto, añaden los investigadores, consiste en lograr un equilibrio de estas propiedades, lo cual requiere un ajuste cuidadoso de la composición del material.

Para ello se optó por combinar alginato, un biopolímero proveniente de las algas marinas, cuyas posibilidades para el desarrollo de bioplásticos son cada vez más conocidas, con un MXene, un material conductor compuesto por titanio y carbono que posee propiedades similares al grafeno.

«Nuestro objetivo al diseñar la espuma era investigar cómo la porosidad influye en la generación de carga eléctrica y, por otro lado, en el aislamiento térmico», explica Bernd Wicklein, primer autor del trabajo e investigador en el ICMM-CSIC.

Propiedades físicas de los poros

Los científicos apostaron por esta configuración en forma de espuma para aprovechar las propiedades físicas de los poros: «Las espumas son muy ligeras, mecánicamente muy estables y, a la vez, tienen cualidades de aislamiento térmico», remarca Wicklein.

Los investigadores han conseguido que las espumas sean conductoras precisamente por los mencionados MXenes y el alginato. Este biomaterial  basado en algas ya se usa, de hecho, para la generación de electricidad renovable, de forma autónoma y a pequeña escala, por ejemplo para la carga de pequeños dispositivos electrónicos.

Por otro lado, cuando estas espumas están conectadas a sistemas eléctricos, pueden avisar de que se está iniciando un fuego. «Demostramos la eficacia de estas espumas compuestas para la construcción de sistemas inteligentes de alarma contra incendios, ya que responden a pequeños cambios en la resistencia eléctrica inducidos por el fuego», insisten los autores del estudio.

Propiedades fascinantes

En palabras de Wicklein: «los MXenes son una familia de materiales con propiedades fascinantes». El investigador añade que estos compuestos «se comportan como metales en cuanto a la conductividad eléctrica, pero también se dispersan en agua y tienen otras propiedades catalíticas, ópticas y térmicas muy interesantes».

Además, su estructura en dos dimensiones, que se da en forma de láminas ultrafinas de apenas uno o dos nanómetros de grosor, otorga a los MXenes «una gran flexibilidad mecánica», añade Wicklein.

Sin tóxicos

Por su parte, las espumas son muy empleadas para el aislamiento térmico debido a que, gracias a su estructura celular, atrapan aire y reducen la conducción del calor. El problema es que son muy inflamables, por lo que se les suele añadir compuestos químicos, a menudo de alta toxicidad, para reducir el riesgo de incendio.

Este es otro de los grandes avances logrados a través de este hallazgo, que convierte en innecesario el empleo de compuestos preocupantes, al utilizar el alginato, que como derivado de las algas tiene la ventaja de ser completamente biodegradable y libre de tóxicos.

«Hemos conseguido un compuesto para la construcción que genera electricidad, que puede ser un elemento de seguridad contra incendios y que es térmicamente aislante, por lo que además nos permite un ahorro energético muy importante», resume Wicklein.