Investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universitat Politècnica de València (UPV) trabajan conjuntamente en la creación de baldosas con funcionalidad electrónica embebida por impresión superficial, para generar energía solar con aplicación en la arquitectura.
La novedad de la investigación es la integración de aparatos electrónicos impresos en baldosas cerámicas. La primera ventaja es que alarga la vida útil de los dispositivos electrónicos. Tal y como explica Ronan Daly, del Institute for Manufacturing (IfM) de la Universidad de Cambridge, «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 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.
Desarrollo 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 de 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. Nuestra alternativa radica en imprimir los elementos con tintas especiales entre las distintas capas de compresión”, explica el investigador Daly.
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 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”, explica Daly.
Desarrollo de prototipos preindustriales
Como parte del proceso, el equipo investigador trabaja ya en el desarrollo de prototipos preindustriales para su utilización en pilotos. Tal y como indica Javier Orozco, investigador de la UPV, “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, Frankfurt-am-Oder, Udine y Valencia, para avanzar en el desarrollo de las nuevas ciudades verdes y sostenibles».
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 una monitorización ambiental.
Asimismo, el nuevo modelo 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.