Descripció del projecte
Els edificis representen aproximadament el 40% del consum energètic mundial, la meitat del qual destinat a preservar el confort tèrmic dels habitants mitjançant sistemes d’aire condicionat, calefacció i refrigeració. Aquesta energia també és responsable de prop del 30% de les emissions de CO2. Part de la necessitat d’aquesta energia és causada per l’ús creixent de superfícies transparents en edificis moderns, que sí que permeten molta llum natural a l’interior de les habitacions, però també provoquen l’acumulació de calefacció solar, especialment durant els períodes càlids dels anys i regions geogràfiques amb llum solar forta mitjana (per exemple, països mediterranis i àrabs). Les finestres intel·ligents es proposen com a possible solució per regular la quantitat de llum solar transmesa a través dels sobres transparents, regulant així el guany de calor solar i mantenint el confort tèrmic, alhora que es redueix la necessitat d’energia externa. Entre totes les solucions, les finestres intel·ligents activades per voltatge (electrocròmiques, cristalls líquids i nanopartícules en suspensió) són les més utilitzades en productes comercials. Malgrat les demostrades prestacions d’estalvi d’energia, el seu ús massiu està limitat actualment pels alts costos d’instal·lació a causa dels circuits transparents integrats necessaris per fer que les finestres intel·ligents canviïn sota tensió. A més, per a algunes d’aquestes tecnologies, l’estat transparent, que és predominant, és el que requereix energia externa, sent, per tant, no ideal per a aplicacions sostenibles.
Futurechromes ha desenvolupat diverses tecnologies patentades basades en càpsules (WO2017105666A1 – nanodroplets líquids; WO2013132123A1 – càpsules core-shell) que proporcionen un entorn suau i inert als colorants fotocròmics, assegurant rendiments de ràpida resposta i estabilitat a llarg termini, a les pel·lícules, recobriments i tintes resultants. Els estudis interns i les validacions dels socis industrials han demostrat que aquests materials presenten un ordre de magnitud més ràpid que els productes comercials i una estabilitat molt millor. Avui en dia, aquests materials van passar proves per al seu ús en productes oculars (requisit de 3 anys) i parabrises de cotxes (5 anys) i els socis d’aquests camps estan realitzant més estudis de validació, abans de la industrialització. En el següent pas, Futurechromes pretén aplicar la seva tecnologia en edificis de finestres intel·ligents. En comparació amb les tecnologies comercials, les finestres intel·ligents fotocròmiques no requereixen energia externa ni circuits integrats, cosa que fa que el dispositiu sigui molt més barat i assequible per a la població. Per tal de fer aquests materials utilitzables en finestres intel·ligents, Futurechromes ha de dur a terme alguns passos més importants, que són: a) augmentar l’estabilitat dels materials contra els agents meteorològics (llum, humitat i temperatura), b) demostrar l’escalabilitat de la tecnologia d’encapsulació i el procés de filmació/recobriment, i d) demostrar les capacitats d’estalvi d’energia en edificis reals. A més, donada l’absència de circuits, Futurechromes pretén explorar la possibilitat de pel·lícules fotocròmiques adhesives que els usuaris individuals poden utilitzar per a la rehabilitació de les finestres existents.
L’objectiu general del projecte d’aquesta tesi doctoral industrial serà el desenvolupament de recobriments fotoprotectors fotocròmics avançats per a finestres intel·ligents. Utilitzant colorants fotocròmics disponibles comercialment, l’objectiu específic del projecte serà: a) la millora de la fotostabilitat de les pel·lícules mitjançant la tecnologia d’encapsulació; b) millora de l’estabilitat a altres agents meteorològics (p. ex. humitat), sobre la protecció de pel·lícules i la laminació, d) explorar nous materials orgànics i resistents a l’aigua on carregar els fotocroms encapsulats (per exemple, recobriments curables amb UV, evaporació de dissolvents); c) dissenyar noves nanocàpsules altament enllaçades que resisteixin la integració en recobriments orgànics resistents a l’aigua sense degradació ni inflor; d) escalar la producció de càpsules mitjançant l’ús d’homogeneïtzadors d’alta pressió i super-alta pressió; f) escalar la preparació de pel·lícules, auto-preparació (per a la laminació en vidre), sobre vidre, i sobre tereftalat de polietilè adhesiu, a través de tècniques de recobriment Dr- Blade i recobriment en esprai; e) augmentar el contrast de color de la pel·lícula (diferència de color entre l’estat activat i el no activat) per assegurar una millor filtració de la llum solar; e) estudi de simulació de les actuacions d’estalvi energètic de pel·lícules fotocròmiques en edificis reals simulats; f) instal·lació de pel·lícules fotocròmiques en finestres reals; g) explorar altres aplicacions industrials per a aquests recobriments fotoprotectors.
Aquestes activitats i tota la supervisió de l’estudiant de doctorat industrial, es realitzaran a través de la col·laboració entre l’empresa Futurechromes S.L. i el grup SGR – Nanostructured Functional Materials (NANOSFUN, Dr. Claudio Roscini com a supervisor) de l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia. El grup NANOSFUN té una gran experiència en processos d’encapsulació i en el desenvolupament de materials cromogènics i emissius, sensibles a la llum i la temperatura, com demostren les sol·licituds de patents, diverses publicacions en aquests temes i dues spinoffs creades. El grup pot aportar el seu coneixement en el desenvolupament de nous sistemes d’encapsulació adequats per a la seva integració en recobriments i pel·lícules estables. Futurechromes proporcionarà l’experiència en la preparació de pel·lícules i l’escala d’emulsió. A més, Futurechromes es va crear a partir d’una tecnologia desenvolupada en el grup i les dues entitats també tenen una trajectòria de col·laboració a llarg termini. Per tant, els equips de les dues entitats tenen el coneixement i l’experiència per col·laborar amb èxit i aconseguir els principals objectius del projecte.
