Ventanas: ya no servirán tan solo para dejar pasar la luz

Dar calefacción y refrigeración a los edificios supone una enorme fuente de emisiones de carbono. ¿Podría convertirse una simple ventana en el siguiente gran paso en la tecnología ecológica?

Antes de que finalice el año, los empleados de Ubiquitous Energy, una empresa en Redwood City, California, se reunirán en una sala de conferencias revestida de ventanas para mirar hacia el futuro.

Esto se debe a que sus nuevos paneles de cristal ofrecerán más que una impresionante vista de las áridas montañas y los cielos azules del paisaje del Norte de California. También servirán como paneles solares capaces de suministrar energía a lámparas, ordenadores portátiles y equipos de aire acondicionado en la empresa.

Tras varios años de desarrollo, el vidrio generador de energía de Ubiquitous es una genial proeza tecnológica. Su poder reside en las capas de polímeros orgánicos entre las láminas de vidrio. Algunas de ellas dejan pasar toda la luz, mientras que otras absorben fotones de luz infrarroja y ultravioleta no visible. Cuando la luz entra por la ventana, el flujo de electrones entre las capas de polímeros crea una corriente eléctrica que luego se recoge con hilos microscópicos en el vidrio. 

"Es como si una pantalla de ordenador transparente funcionara a la inversa", dice Veeral Hardev, director de desarrollo de negocio en Ubiquitous Energy. Es decir, en lugar de que la electricidad sea trasladada a diferentes puntos de una pantalla para iluminarlos, la luz genera electricidad que se traslada a diferentes puntos de la ventana.

Ahora mismo, a partir de una cantidad dada de energía solar, estas ventanas producen alrededor de un tercio de la electricidad que producen las típicas células solares utilizadas en los paneles solares de techo, y son aproximadamente la mitad de transparentes que el vidrio ordinario. 

"Pero tales especificaciones son ya suficientes para convertir las ventanas en un producto viable", asegura Hardev, y añade que es probable que la empresa mejore la transparencia considerablemente. En cuanto a la menor producción de electricidad, destaca que las ventanas pueden cubrir una superficie mucho mayor que un tejado, por lo que el enorme número de ventanas rebasará la producción eléctrica de un tejado lleno de paneles solares con mayor eficiencia. "Se podrían mantener ambos", dice Hardev. "Pero se obtendrá más de las ventanas".

Añade que el mayor desafío es ampliar las ventanas de menos de 19 centímetros cuadrados actualmente a unos 4,6 metros cuadrados.

Más claro que el cristal

La revolución de las ventanas llega con mucho atraso.

Ahora que las metrópolis mundiales redescubren su pasión por los rascacielos, las resplandecientes torres han evolucionado hacia elementos habituales de cualquier paisaje urbano. Pero el vidrio que las reviste apenas ha evolucionado. 

El control de temperatura es un gran desafío. El 18% del dinero gastado en EE. UU. en energía va dirigido a dar calefacción y refrigerar edificios. En resumidas cuentas, más de la mitad de ese dinero se va por la ventana –literalmente, por el aire de la calefacción que se escapa por la ventana en los días fríos o por el aire caliente que penetra por las ventanas en los edificios equipados con aire acondicionado en verano, según el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

Para mejorar el aislamiento y la reflexión del calor sin comprometer la visibilidad, la empresa Mackinac Technology con sede en Michigan está desarrollando una lámina fina de plástico multicapa revestido que se coloca sobre el vidrio convencional de las ventanas. Las capas de plástico atrapan el aire entre ellas para potenciar el aislamiento, mientras que el revestimiento refleja los rayos infrarrojos –que son los que transportan la mayor parte de la energía térmica– pero permite que pase la luz visible.

Su CEO John Slagter sostiene que la ventana de Mackinac es incluso más transparente que el vidrio. Asegura que el secreto está en su revestimiento invisible que permite a la superficie de plástico reflejar menos luz que el vidrio. Eso, a su vez, aumenta la cantidad de luz que pasa por la ventana y mejora la claridad. 

Sujeta en un marco que se fija a una ventana existente, la lámina puede cuadruplicar las capacidades aislantes de paneles de vidrio sencillos y dobles, pero es lo suficientemente ligera como para no aumentar considerablemente el peso de la ventana. 

El material ha sido probado con éxito en ventanas en la Universidad Calvin de Grand Rapids, Michigan, comenta Slagter, y se implementará en proyectos piloto de mayor magnitud antes de que esté disponible al gran público en 2022, gracias en parte a la financiación de organismos del Gobierno de EE. UU.

Una cuestión de luz y oscuridad

Hay momentos en los que mucha claridad supone un problema más que una solución –concretamente, cuando las ventanas con orientación sur de un edificio contribuyen al deslumbramiento generado por el sol.

"El brillo del sol puede ayudar a calentar una habitación, pero a la gente no le gusta trabajar con luz solar directa y en ocasiones no pueden ni ver sus pantallas de ordenador", afirma Michael McGehee, un investigador en Ciencia de Materiales en la Universidad de Colorado en Boulder. "Suelen acabar bajando las persianas y dejándolas así, desaprovechando las vistas y todos los beneficios de la luz solar".

Para conservar la luz solar a la vez que se elimina el deslumbramiento, el grupo de McGehee ha estado trabajando para mejorar las ventanas "electrocrómicas". Su objetivo es una ventana que pueda oscurecerse con tan solo accionar un interruptor para bloquear lo peor del deslumbramiento, mientras que deja pasar la cantidad adecuada de luz solar para mayor comodidad. Para conseguir eso, las ventanas de McGehee incorporan una capa que combina óxido de indio y estaño con platino, y una segunda capa de óxido de níquel con una solución de litio entre ellas. Cuando se aplica un pequeño voltaje a través de las dos capas, estas actúan como electrodos, produciendo un campo eléctrico que hace que los iones de litio se desplacen por la solución y se adhieran a la capa de óxido de níquel.

Aunque el litio es transparente en solución, cuando recubre el óxido de níquel se vuelve semiopaco. "Solo se necesita una capa de 10 nanómetros de litio en el electrodo para bloquear la mayor parte de la luz", asegura McGehee. El resultado es una ventana que actúa como unas "gafas de sol para el edificio", según sus palabras. Aún más, variando dicho voltaje se puede ajustar un nivel concreto de oscurecimiento. 

Si estos proyectos consiguen alcanzar el éxito comercial, las ventanas podrían ser una parte importante de ciudades inteligentes que sean prácticas y ecológicas en una o dos décadas. Eso significaría un paso hacia la reducción a cero de la huella de carbono de la humanidad.