Diseñan un fluido con microgotas de cera y minerales que almacena energía solar

Un equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Química y del Centro de Investigación en Tecnología de Productos y Procesos Químicos (Pro2TecS) de la Universidad de Huelva ha diseñado un fluido que almacena calor para usarlo después en sistemas solares térmicos, procesos industriales o climatización. La mezcla combina microgotas de parafina, una cera que guarda energía al fundirse, con nanopartículas de sílice, un material mineral, que evita que las nanopartículas se agrupen. 

La novedad del trabajo reside en dos aspectos. Por un lado, la mezcla no utiliza agua como base, a diferencia de muchas emulsiones de este tipo. Esto amplía el margen de temperaturas en el que puede funcionar, ya que el agua hierve a 100 grados centígrados y limita algunas aplicaciones térmicas. Por otro, el equipo emplea nanopartículas de sílice en lugar de estabilizantes químicos convencionales. Estas partículas mantienen separadas las microgotas de cera y permiten ajustar la textura, la estabilidad y el comportamiento del material según la cantidad añadida.

El reto era evitar que esas microgotas de cera se unieran entre sí o que la mezcla se separara con el tiempo.

Aunque el trabajo se encuentra todavía en fase de laboratorio, los autores apuntan que esta emulsión podría utilizarse en tecnologías donde se almacena o gestiona calor, como los depósitos asociados a instalaciones solares térmicas, que aprovechan el sol para calentar un fluido. También podría emplearse en procesos industriales que generan calor aprovechable, en edificios que necesitan regular la temperatura interior o en sistemas de transporte y conservación de alimentos sensibles a los cambios térmicos. 

Para entender su posible aplicación, los expertos explican que, a diferencia de los paneles fotovoltaicos, que producen electricidad, los equipos solares térmicos aprovechan la radiación del sol para calentar un fluido que, habitualmente, suele tener agua como base. Ese líquido circula por tuberías y lleva el calor hasta un depósito aislado, parecido a un termo de gran tamaño, donde se conserva para utilizarlo después. 

La emulsión desarrollada por el equipo onubense podría emplearse precisamente en ese tipo de circuitos o depósitos. Su ventaja es que no solo almacena calor porque aumenta su temperatura, como ocurre con un fluido convencional basado en agua, sino que añade una segunda vía de almacenamiento por la capacidad de la parafina para cambiar de estado. Cuando recibe calor, esta cera se funde y absorbe energía. Cuando la temperatura baja, vuelve a solidificarse y libera esa energía en forma de calor. Este proceso permite almacenar más energía térmica que un fluido que solo se calienta y se enfría, como el agua.

Cera que guarda calor al fundirse

En el estudio, titulado ‘Effect of nanoparticle concentration on non-aqueous paraffin pickering emulsions in PEG400 for efficient thermal energy storage’ y publicado en la revista Thermal Science and Engineering Progress, los expertos explican que esta emulsión es un fluido que mezcla microgotas de parafina, una cera que actúa como almacén de calor, con nanopartículas de sílice, material mineral que funciona como estabilizante y evita que las gotas de parafina se agrupen. “Hemos analizado cómo cambia la mezcla cuando se añade más o menos cantidad de nanopartículas de sílice. En concreto, comprobamos si el material podía fluir bien y si conservaba su capacidad para guardar y liberar calor tras varios ciclos de calentamiento y enfriamiento”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Huelva Sebastián Sanabria Sanabria.

El investigador de la Universidad de Huelva Sebastián Sanabria Sanabria, en el laboratorio.

Para desarrollar la emulsión, los investigadores utilizaron parafina con un punto de fusión -es decir, la temperatura a la que un material pasa de sólido a líquido- de entre 58 y 60 grados centígrados. Esta temperatura resulta de interés para aplicaciones de almacenamiento térmico porque permite acumular calor en un rango útil para sistemas solares, climatización o ciertos procesos industriales.

En el laboratorio, el equipo mezcló la parafina con polietilenglicol 400, un fluido que actúa como ‘base’ de la emulsión y que soporta temperaturas más altas que el agua. Para conseguirlo, calentaron la parafina hasta fundirla y la dispersaron en el fluido a 80 grados centígrados mediante agitación de alta velocidad.

El reto era evitar que esas microgotas de cera se unieran entre sí o que la mezcla se separara con el tiempo. Para estabilizarla, los investigadores emplearon nanopartículas de sílice modificadas, que se colocan en la superficie de las gotas y actúan como una barrera física. Esta estrategia se conoce como emulsión Pickering y sustituye a los estabilizantes químicos convencionales, como los surfactantes.

Ajustar el material según el uso

Luego, el equipo preparó distintas formulaciones con concentraciones de nanopartículas de entre el 0,10 % y el 3 %. Así comprobó que la cantidad de sílice influye directamente en el tamaño de las gotas y en la textura del material. A mayor concentración de nanopartículas, se obtenían gotas más pequeñas y la estructura interna de la emulsión resultaba más estable, una propiedad necesaria si se quiere bombear por tuberías, almacenarlo en depósitos o integrarlo en circuitos térmicos.

Los investigadores observaron además que la emulsión mantiene una buena respuesta durante los ciclos de enfriamiento y calentamiento. Tras fundirse y solidificarse, las microgotas de parafina conservaban su distribución y recuperaban su forma. “Este aspecto es de gran interés, porque significa que el sistema puede funcionar de manera repetida”, explica Sebastián Sanabria Sanabria.

En cuanto a la capacidad de almacenamiento, los resultados son comparables a los de otros sistemas basados en parafinas, pero con una ventaja añadida: al no depender del agua, la formulación abre la puerta a trabajar en rangos de temperatura más amplios.

Infografía que muestra el funcionamiento de la emulsión.

El siguiente paso será escalar el sistema a una fase piloto en la Universidad de Huelva para evaluar su comportamiento en condiciones más próximas a una aplicación real. Con ello, el equipo busca avanzar hacia materiales que ayuden a mejorar la eficiencia energética y a reducir la dependencia de combustibles no renovables.

Este trabajo ha contado con financiación de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía, a través de las ayudas posdoctorales EMERGIA. También ha recibido apoyo del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, la Agencia Estatal de Investigación y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional. 

Reportaje iDescubre: Microgotas de cera para guardar el calor del sol

Referencias

Tenorio-Alfonso, A., Delgado-Sánchez, C., Guerrero, A., Partal, P., & Navarro, F. J. (2026). Pickering anhydrous emulsions as heat transfer fluids with cold energy storage characteristics for refrigeration and freezing. International Journal of Refrigeration, 106967.

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