La linterna de Van Gogh
¿Los materiales que brillan en la oscuridad iluminarán algún día nuestras ciudades? Son más de 250 sustancias que podrían aplicarse a las aceras, las calles y los edificios, ahorrando energía y reduciendo el calor urbano.
Kurt Kleiner - Knowable Magazine
6 de diciembre de 2021

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El carril para bicicletas Van Gogh en Eindhoven está inspirado en el cuadro La noche estrellada del artista. Dan Roosegaarde / studioroosegaarde.net

Hacia el año 1603, el zapatero y alquimista aficionado italiano Vincenzo Casciarolo intentó fundir una piedra especialmente densa que había encontrado en las laderas del monte Paderno, cerca de Bolonia. No obtuvo oro, plata ni otros metales preciosos como esperaba. Pero una vez enfriada la piedra, Casciarolo descubrió algo interesante: Si exponía el material a la luz del sol y lo llevaba a una habitación oscura, la piedra brillaba.

Esta “piedra de Bolonia” fue la primera sustancia luminiscente preparada artificialmente. Le siguieron muchas más, y hoy en día los materiales luminiscentes persistentes se utilizan en la decoración, la iluminación de emergencia, la señalización de pavimentos y la obtención de imágenes médicas.

Una nueva generación de materiales luminiscentes tiene el potencial de enfriar las ciudades al reemitir la luz que de otro modo se convertiría en calor. También podrían reducir el consumo de energía, ya que las aceras luminiscentes, las marcas viales luminosas o incluso los edificios luminosos podrían sustituir a parte del alumbrado público. Algunas ciudades europeas ya han instalado carriles bici luminosos, y algunos investigadores han estudiado el uso de pintura luminosa para las marcas viales.

“Es mejor para el medio ambiente”, afirma Paul Berdahl, físico medioambiental ya jubilado del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de Berkeley (California). “Si se puede mejorar la tecnología, podemos usar menos energía…. Es algo que merece la pena”.

¿Los materiales que brillan en la oscuridad iluminarán algún día nuestras ciudades?
Las sustancias que brillan de forma persistente podrían utilizarse en calles, aceras y edificios
Muestras de materiales luminiscentes y un adoquín en el que se han incrustado.

La piedra de Bolonia, una forma del mineral barita, fascinó a los filósofos naturales en su momento, pero nunca fue especialmente útil. Pero en la década de 1990, los químicos desarrollaron nuevos tipos de materiales fotoluminiscentes persistentes, como el aluminato de estroncio, que mantenían un fuerte brillo durante horas tras la exposición a la luz. La mayoría de estos nuevos materiales emiten un brillo azul o verde, aunque unos pocos brillan en amarillo, rojo o naranja.

Estos materiales fotoluminiscentes funcionan “atrapando” la energía de un fotón y reemitiendo esa energía como luz de menor longitud de onda. A veces la luz se emite inmediatamente, como en una bombilla fluorescente. Otros materiales, llamados persistentemente luminiscentes, almacenan la energía durante más tiempo y la emiten más lentamente.

Tres gráficos circulares y un gráfico de barras enumeran las categorías de materiales luminiscentes.

Se han identificado más de 250 tipos de materiales luminiscentes. Arriba se agrupan por a) los materiales traza que actúan como centro luminiscente; b) el compuesto anfitrión; y c) el color que emite el material.

Estos materiales que brillan con fuerza durante horas abren posibilidades, como las ciudades “que brillan en la oscuridad” iluminadas por pavimentos y edificios luminiscentes. Dado que el 19% de toda la energía que se utiliza en el mundo se destina a la iluminación, y en Europa alrededor del 1,6% específicamente al alumbrado público, el potencial de ahorro energético es grande, escriben la ingeniera de edificación Anna Laura Pisello y sus colegas en el Annual Review of Materials Research 2021.

Uno de los problemas de este enfoque es que la mayoría de los materiales luminiscentes no brillan durante toda la noche. Unos materiales mejores podrían ayudar a resolver ese problema, dice Pisello, de la Universidad de Perugia, que estudia los materiales de construcción de bajo consumo. Mientras tanto, los materiales existentes podrían combinarse con una iluminación eléctrica que se encendiera el tiempo suficiente para recargar las marcas viales antes de volver a apagarse.

Los materiales luminosos podrían dar claridad a la zona circundante y reducir la temperatura de las ciudades en más de siete grados.

La pintura luminiscente también podría iluminar zonas exteriores. El laboratorio de Pisello desarrolló una pintura de este tipo que brilla en la oscuridad y, en un informe de 2019, simuló lo que ocurriría si pintaran con ella un camino público cerca de una estación de tren. Al brillar durante toda la noche, la pintura reduciría la energía necesaria para la iluminación en aproximadamente un 27 por ciento en el área inmediata, descubrieron los científicos.

Si esto hace temer que ciudades enteras brillen durante toda la noche y aumenten la dañina contaminación lumínica, Pisello dice que eso es poco probable. Los materiales luminiscentes sólo sustituirían a la iluminación existente, no la aumentarían. El color de los materiales luminosos podría elegirse para evitar las frecuencias azules, que se han considerado especialmente perjudiciales para la fauna.

Los materiales luminiscentes también podrían ayudar a combatir lo que se conoce como el efecto isla de calor urbano. Los tejados y las aceras absorben la energía del sol y la emiten en forma de calor, lo que hace que las temperaturas de las ciudades en verano sean una media de 7,7 grados centígrados más altas que en el campo. Las altas temperaturas son un peligro potencial para la salud y también hacen que se utilice más energía para enfriar los edificios.

Una solución cada vez más habitual es utilizar materiales “fríos” que reflejen la luz, como la pintura blanca y el asfalto de color claro. Resulta que añadir materiales luminiscentes puede ayudar aún más.

Anna Laura Pisello y sus colegas de la Universidad de Perugia intentan crear pavimentos prácticos que brillen en la oscuridad. Están experimentando con diferentes sustancias luminiscentes y probando cómo añadirlas al material del pavimento para obtener el mejor rendimiento y durabilidad. Arriba hay muestras de materiales luminiscentes y un adoquín en el que se han incrustado.

En el Laboratorio Lawrence Berkeley, Berdahl y su equipo experimentaron con rubí sintético, un material que es luminiscente a la luz del sol, para hacer revestimientos de color que se mantuvieran fríos. En uno de los primeros experimentos, informaron de que una superficie pigmentada con rubí se mantenía más fría bajo el sol que un material de color similar sin el pigmento especial.

Los caminos iluminados por el propio elemento con el que están construidos ya se están desarrollando en laboratorios de Europa y Estados Unidos.

El laboratorio de Pisello dio un paso más y añadió al hormigón varios materiales luminiscentes persistentes, es decir, que almacenan la energía de la luz y la emiten lentamente. En comparación con las superficies no luminiscentes del mismo color, las mejores redujeron la temperatura del aire circundante en días soleados hasta 3,3 °C.

“Se puede hacer [una superficie] lo más reflectante posible. ¿Pero se puede ir más allá? La idea es que tal vez se pueda ir un poco más allá utilizando la luminiscencia persistente como otra forma de transferir energía fuera…. Es interesante”, afirma Patrick E. Phelan, ingeniero mecánico de la Universidad Estatal de Arizona, coautor de un artículo sobre el efecto isla de calor urbano en la revista Annual Review of Environment and Resources.

Se conocen 250 materiales luminiscentes, muchos de los cuales aún no se han estudiado para aplicaciones prácticas. Pisello afirma que existe la posibilidad de crear pinturas y pavimentos luminosos que duren más y brillen con más colores.

“A corto plazo, la mejor y más fácil solución es mejorar lo que ya tenemos”, dice. Eso incluye modificar los materiales para que emitan luz durante más tiempo, con más intensidad o en diferentes colores, y asegurarse de que sigan funcionando en entornos reales.

A largo plazo, añade, las nuevas clases de materiales de ingeniería podrían funcionar aún mejor. Por ejemplo, se podría recurrir a los “puntos cuánticos” -pequeñas partículas semiconductoras que pueden brillar y que ya se utilizan en la obtención de imágenes biológicas- o a las perovskitas, materiales utilizados en las células solares que también se están estudiando por sus propiedades luminiscentes.

Kurt Kleiner es un periodista científico independiente con sede en Toronto.

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