Materiales inteligentes: hacia una construcción más conectada y eficiente

En el panorama actual de la construcción, los materiales inteligentes están ganando una relevancia cada vez mayor. También conocidos como «smart building materials», son más que una tendencia constructiva. Estos materiales son capaces de responder de forma dinámica a factores ambientales como la temperatura, la humedad o el estrés mecánico.

Gracias a su capacidad de adaptación, permiten mejorar la eficiencia energética, conservar recursos y aumentar la durabilidad de las infraestructuras. En el contexto global, a la construcción moderna se le exigen edificaciones que sean cada vez más sostenibles. Aquí, la escasez de materiales tradicionales y los procesos constructivos convencionales parecen estar quedandose atrás. Es en este momento cuando los materiales inteligentes cobran cada vez más relevancia. Estas innovaciones se posicionan como una solución clave para el futuro de la construcción.

Según las previsiones, el mercado global de edificios inteligentes crecerá de manera exponencial en la próxima década. El mercado mundial pasará de unos 100.000 millones de euros en 2025 a más de 260.000 millones en 2034. Adicionalmente, este tipo de construcción tendrá una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) cercana al 11%. Una tasa increíblemente alta en comparación al resto de los proyectos de forma individual.

Eficiencia energética y protección del clima

Los materiales de cambio de fase (Phase-Change Materials, PCM) almacenan calor cuando la temperatura sube y lo liberan al enfriarse. De esta forma, regulan de forma pasiva la temperatura interior de los edificios. Lo que, de forma gradual, mejora significativamente la eficiencia energética del edificio en su conjunto.

Por su parte, las ventanas termocrómicas, ajustan automáticamente su transmisión de luz según la temperatura exterior. De forma gradual, se reduce notablemente el consumo de aire acondicionado. Este tipo de ventanas, aplicadas en grandes superficies, mejoran el intercambio térmico interior-exterior.

Asimismo, los materiales piezoeléctricos generan electricidad al ser sometidos a vibraciones o presiones. Por ejemplo, las vibraciones provocadas por pasos o vehículos en movimiento. Además de producir energía, estos materiales pueden actuar como sensores integrados. ¿Para qué sirven? Entre otras cosas, para monitorizar en tiempo real el estado estructural de un edificio o una infraestructura mayor.

Materiales autorreparables para una mayor durabilidad

Investigadores de la Universidad Técnica de Delft (TU Delft) están desarrollando un tipo de hormigón con cápsulas de bacterias. Estos microorganismos son capaces de sellar automáticamente grietas pequeñas en la estructura. Mediante un proceso de mineralización biológica, las bacterias permiten que el hormigón sea «autoreparable». Esta tecnología permite prevenir daños mayores desde las primeras fases. Y, sin duda alguna, prolonga de forma considerable la vida útil de las estructuras.

Aleaciones con memoria de forma

Actualmente, se están poniendo en práctica aleaciones con memoria de forma, es decir, con altísimos niveles de resiliencia. Esta innovación se basa en aleaciones de níquel-titanio con capacidad de recuperar su forma original al ser calentadas entre 40 y 60 °C. Este tipo de «metales inteligentes» puede revolucionar el mantenimiento de fachadas. Se estima que permitirán que ciertos elementos vuelvan a su configuración inicial. Todo ello, con hasta un 98% de precisión.

La sostenibilidad integral y residual de las estructuras ha dejado de ser un plus en la construcción, hoy es una necesidad. Especialmente, porque los mercados han demostrado su interés por este tipo de edificaciones. A pesar de que hay mucho camino por recorrer, existen algunas tecnologías puestas en práctica en nuevos proyectos como:

• Hormigón translúcido: reduce la necesidad de iluminación artificial, favoreciendo un menor consumo eléctrico.
• Materiales a base de micelio (una estructura de los hongos):  ofrecen una alternativa compostable al poliestireno, aportando soluciones biodegradables al sector.
• Hormigón de carbono reciclado: sustituye el acero por fibras de carbono resistentes a la corrosión. Lo que permite reducir hasta un 50% las emisiones de CO2 en comparación con el hormigón convencional.

Veamos algunas otras innovaciones que han dejado de estar en la mesa de dibujo para pasar a los proyectos actuales.

Hormigón con huella de carbono negativa

El hormigón carbono-negativo representa un paso decisivo hacia una construcción más ecológica. Este material logra capturar más CO2 del que emite durante su producción. Lo hace gracias a componentes como el biochar o procesos que integran la captura de carbono. Su uso está marcando el inicio de una nueva era en las edificaciones sostenibles.

Hablar de oportunidades sin pensar en las amenazas y desafíos, sería hacer un análisis incompleto. Por ende, vamos a dar un pequeño vistazo a las principales barreras que deben ser pasadas para aplicar los materiales inteligentes de forma plena.

Costes elevados y escalabilidad

El alto coste de producción de ciertos materiales avanzados frena su expansión. Materiales como el vidrio electrocrómico o la cerámica transparente de oxinitruro de aluminio, tienen un coste de producción muy elevado. Las pequeñas escalas de fabricación actuales dificultan la reducción de precios y limitan su adopción masiva. Por supuesto, como ocurre generalmente con la tecnología incipiente, a medida que la demanda aumente, lo hará la producción. Eventualmente, esto llegará a una estabilización en la curva de costes hasta alcanzar economías de escala. O sea, un abaratamiento escalable de cada nueva pieza producida.

Integración en procesos constructivos existentes

Para muchas empresas operativas actualmente, los cambios de modelos de suministros, suelen presentar algunas reticencias. Sobre todo, en lo relativo a la integración total con los procesos aplicados en la actualidad. Estas son algunas de estas dificultades:

• Complejidad en la planificación: Los softwares BIM deben ser capaces de modelar propiedades específicas como la conductividad térmica o los mecanismos de autorreparación, lo que exige una capacitación especializada.
• Interoperabilidad limitada: Muchos sensores integrados en materiales inteligentes utilizan protocolos cerrados que dificultan su compatibilidad con los sistemas de gestión de edificios.

Rendimiento a largo plazo y reciclaje

No existe aún suficiente información sobre el comportamiento a largo plazo de los materiales inteligentes. Particularmente, frente a factores como la radiación UV o temperaturas extremas. Aún más, los materiales compuestos complejos, como el hormigón con sensores, presentan grandes retos en cuanto a reciclaje y gestión de residuos al final de su vida útil. Sin duda, retos a atender para alcanzar una viabilidad total en la adopción en distintos proyectos.

Escasez de personal cualificado

El despliegue de estas tecnologías requiere conocimientos avanzados en ciencia de materiales. Asimismo, requiere de técnicos capacitados en el análisis de datos y la informática aplicada a la edificación. Sin embargo, estos perfiles ya son escasos en el mercado laboral actual, lo que representa una barrera añadida. La falta de especialistas adaptados a los usos, pros y contras de los materiales inteligentes, puede ser un dolor de cabeza en un futuro próximo. A menos, que se comience un plan integral de formación de manera urgente e inmediata.