Hacia el año 1603, el zapatero italiano y alquimista aficionado 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 las imágenes médicas.
Algún día podrían darnos ciudades luminosas que se mantengan más frescas y consuman menos electricidad.
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 utilizar menos energía… Es algo que merece la pena”.
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.
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 por ciento de toda la energía que se utiliza en el mundo se destina a la iluminación, y en Europa alrededor del 1,6 por ciento específicamente al alumbrado público, el potencial de ahorro de energía es grande, escriben la ingeniera de edificación Anna Laura Pisello y sus colegas en la edición 2021 de Annual Review of Materials Research.
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 este 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.
La pintura luminiscente también podría iluminar zonas exteriores. El laboratorio de Pisello desarrolló una pintura que brilla en la oscuridad y, en un informe de 2019, simuló lo que sucedería 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 luminiscentes podría elegirse para evitar las frecuencias azules que se han considerado especialmente perjudiciales para la fauna.
Los materiales luminiscentes también podrían ayudar a combatir el llamado 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.
En el Laboratorio Lawrence Berkeley, Berdahl y su equipo experimentaron con el rubí sintético, un material que es luminiscente a la luz del sol, para hacer revestimientos de color que permanecieran fríos. En un primer experimento, informaron de que una superficie pigmentada con rubí se mantenía más fría en el Sol que un material de color similar sin el pigmento especial.
El laboratorio de Pisello fue un paso más allá y añadió varios materiales persistentemente luminiscentes -uno que almacenaba energía luminosa y la emitía lentamente- al hormigón. Bajo la comparativa con las superficies no luminiscentes del mismo color, las mejores redujeron la temperatura del aire circundante en días soleados hasta en 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… Es interesante”, dice Patrick E. Phelan, ingeniero mecánico de la Universidad Estatal de Arizona, coautor de un artículo sobre el efecto isla de calor urbano en la 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 tiempo 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 fuerza o en diferentes colores, y asegurarse de que siguen funcionando en entornos reales.
A largo plazo, añade, nuevas clases de materiales de ingeniería podrían funcionar aún mejor. Por ejemplo, se podría recurrir a los “puntos cuánticos” -pequeñas partículas semiconductoras que pueden hacerse 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.
Esta historia apareció originalmente en Knowable Magazine.
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Michael Rojas
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