Un nuevo fluido con cambio de fase desarrollado por investigadores en Huelva multiplica el potencial del almacenamiento de energía solar

Un equipo de investigadores de la Universidad de Huelva (UHU) ha desarrollado un nuevo fluido de almacenamiento térmico capaz de incrementar la capacidad de acumulación de calor en sistemas solares térmicos y otras aplicaciones industriales. El material, diseñado por el Departamento de Ingeniería Química y el Centro de Investigación en Tecnología de Productos y Procesos Químicos (Pro2TecS), combina microgotas de parafina con nanopartículas de sílice en una emulsión de tipo Pickering, y elimina la necesidad de utilizar estabilizantes químicos convencionales.

La principal innovación del trabajo “Effect of nanoparticle concentration on non-aqueous paraffin pickering emulsions in PEG400 for efficient thermal energy storage”, publicado en la revista Thermal Science and Engineering Progress, reside en que la emulsión emplea polietilenglicol 400 (PEG 400) como fluido base en lugar de agua. Esta elección permite ampliar significativamente el rango de temperaturas de operación, ya que el agua limita este tipo de aplicaciones al alcanzar su punto de ebullición a 100 °C. El uso de PEG 400 facilita el funcionamiento del sistema a temperaturas más elevadas, abriendo la puerta a aplicaciones donde los fluidos convencionales presentan restricciones.

El sistema incorpora además una parafina con temperatura de fusión entre 58 y 60 °C, capaz de almacenar energía mediante un proceso de cambio de fase. Durante el calentamiento, la parafina absorbe calor al fundirse y, posteriormente, cuando la temperatura disminuye, libera esa energía al solidificarse. Este mecanismo de almacenamiento por calor latente permite incrementar la capacidad energética del fluido respecto a los líquidos que únicamente almacenan energía mediante el aumento de su temperatura.

Para garantizar la estabilidad del material, los investigadores recurrieron a una emulsión Pickering, en la que nanopartículas de sílice rodean cada microgota de parafina formando una barrera física que impide su coalescencia. De este modo, se evita el empleo de tensioactivos convencionales y se mejora la estabilidad del sistema durante su funcionamiento.

Durante el estudio, el equipo evaluó diferentes formulaciones con concentraciones de sílice comprendidas entre el 0,10 % y el 3 %. Los ensayos demostraron que un mayor contenido de nanopartículas genera microgotas de menor tamaño y mejora la estabilidad de la emulsión, una característica fundamental para su utilización en circuitos de intercambio térmico, depósitos de almacenamiento o redes de tuberías.

Otro de los aspectos analizados fue la resistencia del fluido a ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, una condición imprescindible para su aplicación práctica. Los resultados mostraron que, tras múltiples procesos de fusión y solidificación, las microgotas de parafina mantienen su estructura y permanecen distribuidas de forma homogénea, conservando la capacidad de almacenamiento térmico sin pérdida significativa de prestaciones.

Según los investigadores, esta tecnología podría aplicarse en instalaciones solares térmicas, donde el fluido actuaría como medio de transporte y almacenamiento de calor, así como en procesos industriales con recuperación de energía, sistemas de climatización o soluciones para el transporte y conservación de productos sensibles a las variaciones de temperatura.

Aunque la capacidad de almacenamiento obtenida es comparable a la de otros materiales basados en parafina, la utilización de un fluido distinto del agua supone una ventaja competitiva al permitir trabajar en un intervalo térmico más amplio. Esta característica amplía considerablemente las posibilidades de integración en aplicaciones energéticas donde se requiere una mayor flexibilidad operativa.

La investigación, financiada por la Junta de Andalucía a través del programa EMERGIA, además del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, la Agencia Estatal de Investigación y fondos FEDER, continuará ahora con la validación del material en una planta piloto de la Universidad de Huelva. El objetivo es comprobar su comportamiento en condiciones reales de operación y avanzar hacia soluciones que incrementen la eficiencia energética y reduzcan la dependencia de combustibles fósiles.