Compuestos híbridos multinivel de eritritol/diatomita/GNP para mejorar el almacenamiento térmico: optimización experimental y mediante aprendizaje automático

Almacenar calor para cuando lo necesitemos

La vida moderna depende cada vez más de fuentes de energía como la solar, que no siempre producen cuando necesitamos electricidad. Una forma de mitigar esas variaciones es almacenar calor cuando hay abundancia y liberarlo después. Este estudio explora una nueva manera de fabricar bloques sólidos capaces de absorber grandes cantidades de calor, mantener su forma mientras el material fundible interior se derrite y devolver esa energía bajo demanda, ayudando a que edificios y dispositivos usen la energía de forma más eficiente.

Un material dulce con límites ocultos

En el centro de la investigación está el eritritol, un edulcorante conocido que además resulta muy eficaz para almacenar calor al fundirse y solidificarse. Al pasar de sólido a líquido absorbe mucha energía y al volver a congelarse la libera. Esto lo hace atractivo para sistemas de almacenamiento térmico que operan a temperaturas moderadas, como el calentamiento solar de agua o el control térmico en edificios. Sin embargo, el eritritol puro tiene baja conductividad térmica y tiende a gotear cuando se funde, por lo que no puede simplemente verterse en un depósito y esperarse que funcione correctamente.

Convertir polvo y láminas en una esponja sólida

Para domar las debilidades del eritritol, el equipo construyó una especie de esponja mineral. Emplearon diatomita, una roca naturalmente porosa formada por microalgas antiguas. Sus diminutos canales actúan como un armazón rígido que puede absorber el eritritol fundido y retenerlo en su lugar. Bajo vacío, los investigadores succionaron el alcohol de azúcar líquido hacia los poros de la diatomita y luego dejaron que la mezcla solidificara en piezas sólidas. Las pruebas mostraron que niveles mayores de diatomita mejoraron sustancialmente la estabilidad de forma a alta temperatura, reduciendo la pérdida de masa durante el calentamiento desde varios porcentajes hasta poco más del uno por ciento, aunque este mineral adicional también disminuyó la cantidad de calor que el compuesto podía almacenar por gramo.

Vías de grafeno para un flujo de calor más rápido

Un buen almacenamiento no basta si el calor no puede entrar y salir con rapidez. Para ello, el equipo añadió pequeñas láminas de carbono llamadas nanoplaquetas de grafeno, conocidas por su excelente capacidad para transportar calor. Imágenes de microscopía electrónica mostraron finas láminas extendidas por la mezcla de diatomita y eritritol, formando rutas continuas que facilitan el movimiento del calor a través del material. Con solo un 4 por ciento de grafeno en peso y un 40 por ciento de diatomita, la conductividad térmica del compuesto aumentó alrededor de un 261 por ciento respecto al eritritol puro, alcanzando valores más propios de sólidos diseñados, manteniendo al mismo tiempo el material sin fugas durante la fusión.

Permitir que los algoritmos afinen la receta

Puesto que más mineral y más grafeno no siempre equivalen a mejor rendimiento, los autores recurrieron a modelado por ordenador para hallar la mejor formulación. Construyeron dos tipos de modelos: uno estadístico que ajusta una superficie curva a los datos y una sencilla red neuronal artificial que emula cómo las combinaciones de entradas afectan a una salida. Usando mediciones de 27 mezclas distintas, ambos modelos aprendieron cómo las cantidades de grafeno y diatomita modificaban el flujo de calor, y ambos pudieron predecir la conductividad de nuevas mezclas con alta precisión. Esto permitió a los investigadores trazar un rango práctico de composiciones que equilibran transferencia rápida de calor, buena capacidad de almacenamiento y bajo peso.

Por qué importa esto para el uso energético cotidiano

El resultado es una familia de bloques sólidos y sin fugas que pueden almacenar grandes cantidades de calor a temperaturas medias mientras transfieren ese calor dentro y fuera mucho más rápido que el material base por sí solo. En términos sencillos, el estudio muestra cómo un compuesto similar a un azúcar, una roca natural porosa y láminas de carbono pueden combinarse y ajustarse con la ayuda del aprendizaje automático para construir baterías térmicas más inteligentes. Tales materiales podrían integrarse en calentadores solares, muros de edificios o tanques térmicos para capturar calor cuando brilla el sol y liberarlo después, contribuyendo a que los sistemas energéticos del futuro sean más estables y eficientes.

Cita: Nassar, A., Nassar, E., Rivilla, I. et al. Multi-scale hybrid composites of erythritol/diatomite/GNP for enhanced thermal energy storage: experimental and machine learning optimization. Sci Rep 16, 15458 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41825-4

Palabras clave: almacenamiento de energía térmica, materiales de cambio de fase, compuesto de eritritol, nanoplaquetas de grafeno, optimización por aprendizaje automático