Las ventanas convencionales han sido durante décadas uno de los puntos más débiles en la eficiencia energética de edificios y viviendas. Aunque representan solo entre un 8 % y un 10 % de la superficie exterior de un edificio, pueden ser responsables de hasta la mitad de la transferencia térmica entre el interior y el exterior, provocando pérdidas energéticas significativas tanto en invierno como en verano. La comunidad científica trabaja intensamente en materiales y tecnologías capaces de mejorar el aislamiento térmico de las ventanas sin sacrificar visibilidad, durabilidad o estética. En este contexto, surgen avances como el material MOCHI —un aislante óptico claro capaz de combinar transparencia cercana al 100 % con una conductividad térmica muy baja—, y otros enfoques como recubrimientos de nitruro de boro dopado con carbono para vidrio tradicional de baja emisividad que prometen mejores prestaciones térmicas y resistencia al entorno que los tratamientos actuales. Estas innovaciones no solo pueden reducir la demanda de calefacción y refrigeración de edificios, sino que también acercan a la construcción y la arquitectura a estándares de eficiencia que contrarrestan la creciente demanda energética global.

Ventanas y eficiencia térmica: Un desafío tecnológico

Las ventanas representan un punto crítico en cualquier envolvente térmica de un edificio. El coeficiente U, que mide la cantidad de calor que atraviesa un material por unidad de área y por grado de diferencia de temperatura, suele ser alto en cristales tradicionales: un simple vidrio monolítico puede tener un valor U de alrededor de 5,7 W/m²·K o más, mientras que un muro bien aislado puede tener valores por debajo de 0,3 W/m²·K. Consecuentemente, incluso en climas moderados, gran parte de la energía que se gasta en mantener una temperatura interior confortable se pierde a través de las ventanas. Por ello, reinventar el propio vidrio o aplicar materiales adicionales con propiedades térmicas mejoradas es fundamental para reducir esa brecha de rendimiento.

El material conocido como Mesoporous Optically Clear Heat Insulator (MOCHI) está compuesto por una red de nanotubos de silicona que encapsulan aire en más del 90 % de su volumen, con paredes estructurales altamente uniformes que reducen el intercambio térmico por conducción y radiación mientras transmiten más del 99 % de la luz visible sin dispersión apreciable. Dado que el aire es uno de los mejores aislantes térmicos en estado estático, mantenerlo atrapado dentro de una estructura estable permite que MOCHI logre una transmitancia de luz cercana a la del vidrio convencional (que suele ser ~92 %) y una conductividad térmica inferior incluso a la del propio aire en reposo. Estos valores reflejan un salto cuantitativo en el aislamiento térmico de ventanas sin sacrificar claridad visual, una característica que ha sido históricamente difícil de combinar en un mismo producto.

Paralelamente, investigadores de la Rice University han desarrollado un recubrimiento de nitruro de boro dopado con carbono que funciona como una capa de baja emisividad en vidrio, reduciendo la radiación térmica y manteniendo la transparencia. Este recubrimiento puede adherirse al lado exterior del vidrio, lo cual es una ventaja frente a los tratamientos convencionales de baja emisividad que, al degradarse con el tiempo, tienen que colocarse en el lado interior del vidrio. Las simulaciones en edificios de tamaño real muestran que esta tecnología puede mejorar la eficiencia energética en ciudades con climas fríos.

MOCHI: Un material transparente con propiedades térmicas de alto rendimiento

El desarrollo de MOCHI parte de un diseño que busca maximizar dos parámetros claves en materiales para ventanas: transmitancia visible (Tvis) y resistencia térmica (R). En términos técnicos, la transmitancia visible se refiere a la fracción de luz en el espectro visible que atraviesa el material sin dispersarse ni absorberse en exceso, mientras que la resistencia térmica R (recíproco del coeficiente U) indica la oposición al flujo de calor. MOCHI logra una combinación inusual y eficaz: Tvis superior al 99 % con una resistencia térmica que puede compararse e incluso superar a la de un doble acristalamiento estándar.

La estructura interna de MOCHI, con canales de aire uniformes que evitan la dispersión de la luz, permite que los fotones visibles pasen casi sin obstáculos mientras bloquea el transporte de calor por convención y conducción. Además, la organización de los nanotubos hace que el material pueda minimizar la transferencia de radiación infrarroja (una forma importante de pérdida de energía en ventanas). En aplicaciones prácticas, las pruebas con unidades de vidrio aislante (IGUs) muestran que paneles con MOCHI pueden alcanzar valores de aislamiento térmico equivalentes o mejores que paredes bien aisladas, lo que en términos prácticos puede traducirse en una reducción sustancial de la demanda energética para climatización tanto en invierno como en verano.

Además, MOCHI no solo actúa como aislante, sino que puede influir en parámetros secundarios importantes para el confort interior, como reducción de condensación y amortiguación acústica (hasta 35 dB en ciertas frecuencias), lo que lo convierte en una opción atractiva no solo para eficiencia energética sino también para mejorar el ambiente interior de viviendas y oficinas.

Avances complementarios en materiales de ventana

La investigación en ventanas eficientes no se limita a MOCHI. Otra línea significativa de trabajo se ha desarrollado alrededor de revestimientos radiativos transparentes (TRCs) diseñados mediante técnicas como la inteligencia artificial y la computación cuántica. Estos recubrimientos, formados por múltiples capas ultra-finas de materiales como dióxido de silicio, nitruro de silicio y óxidos metálicos, pueden reducir la carga térmica en climas cálidos al reflejar la radiación infrarroja y ultravioleta mientras permiten el paso de luz visible, con estimaciones de reducción del consumo energético para refrigeración de hasta 31 % comparado con ventanas convencionales en determinadas condiciones.

Más allá de recubrimientos y materiales porosos, también hay iniciativas que exploran ventanas dinámicas basadas en materiales electrocrómicos como óxidos de wolframio que cambian sus propiedades ópticas bajo una señal eléctrica para bloquear o permitir el paso de luz y calor según las necesidades climáticas, aportando un nivel de control activo sobre las condiciones térmicas interiores.

Reflexiones finales

La integración de materiales avanzados como MOCHI o recubrimientos especializados demuestra que es posible mejorar significativamente el rendimiento térmico de las ventanas sin renunciar a la claridad visual, un requisito esencial en aplicaciones arquitectónicas modernas. Si bien muchos de estos materiales aún están en fase de desarrollo o escalado industrial, sus propiedades técnicas —alta transmitancia visible, baja conductividad térmica, resistencia a la degradación ambiental— señalan un camino claro hacia soluciones de envolventes con menor impacto energético.

En un contexto donde la edificación representa aproximadamente 40 % del consumo energético global, y donde el manejo de la energía térmica interior puede contribuir a reducciones sustanciales de emisiones y costos operativos, estos avances podrían desempeñar un papel importante en la sostenibilidad de las ciudades y comunidades. El reto ahora es llevar estos avances desde los laboratorios y pruebas piloto a productos comerciales que puedan instalarse fácilmente en proyectos nuevos y existentes, con un coste competitivo y una durabilidad comprobada en condiciones reales de uso.