1º ¿Qué papel juegan hoy los PCMs en la transición energética y qué limitaciones presentan los materiales convencionales?

Los materiales de cambio de fase (PCMs) tienen un papel clave en el almacenamiento térmico, ya que permiten acumular y liberar grandes cantidades de energía con un volumen reducido y a temperaturas prácticamente constantes. Son especialmente útiles en aplicaciones donde se requiere gestionar picos de demanda, estabilizar temperaturas o mejorar el aprovechamiento energético de sistemas térmicos.

Sin embargo, los PCMs tradicionales presentan diversos desafíos en mayor o menor medida, como son el subenfriamiento, la segregación de fases, la limitada estabilidad térmica y al ciclado, así como costes relativamente elevados. Además, existen rangos de temperatura donde las opciones disponibles son especialmente escasas. Aunque se han desarrollado múltiples estrategias a lo largo de los años para mitigar estas limitaciones, lograr avances significativos en el rendimiento de los PCMs requiere explorar otros tipos de transiciones de fase y diseñar nuevas composiciones químicas con propiedades mejoradas.

2º CIC energiGUNE ha apostado por el desarrollo de PCMs en estado sólido. ¿Qué implica exactamente trabajar con materiales sólido-sólido y por qué es una línea tan singular?

La mayoría de PCMs cambian de sólido a líquido, lo cual puede generar problemas como fugas, deformaciones o necesidad de sistemas de contención. En cambio, los PCMs sólido-sólido mantienen su forma, ya que el cambio ocurre dentro de su estructura cristalina. Esto mejora la seguridad y permite concebir diseños de sistema más simples, como eliminar el intercambiador de calor.

Pese a sus ventajas, son poco comunes. Aunque hay materiales con transiciones sólido-solido, que estas ocurran con suficiente energía y temperatura no es trivial. Además, diseñarlos bien requiere entender a fondo cómo funciona su transición y cómo ajustarla desde su estructura química. En CIC energiGUNE llevamos años desarrollando esta línea, posicionándonos como uno de los pocos centros en Europa con especialización en PCMs sólido-sólido. Nuestra experiencia nos permite identificar, sintetizar y caracterizar este tipo de materiales con criterios de aplicabilidad real.

3º ¿Cuáles son las principales barreras técnicas que implica trabajar con PCMs sólido-sólido y cómo se han abordado desde vuestro grupo?

Uno de los grandes retos es la baja entalpía de transición que suelen presentar estos materiales. Para ser competitivos, necesitamos maximizar la densidad energética sin comprometer la estabilidad térmica ni la repetibilidad del ciclo. Además, la caracterización de estas transiciones y su entendimiento es clave para extraer todo su potencial.

Desde nuestro grupo trabajamos con técnicas avanzadas de calorimetría, difracción de rayos X variable en temperatura y espectroscopía que nos permiten seguir en detalle las transiciones estructurales. También empleamos herramientas de simulación para predecir estructuras y optimizar composiciones antes de sintetizar. Todo este enfoque integral nos permite superar las barreras clásicas de desarrollo y acercar estos materiales al nivel de aplicación.

4º ¿En qué tipos de aplicaciones pueden marcar la diferencia estas soluciones innovadoras en PCMs sólido-sólido y diseñados a medida?

Las ventajas son claras en aplicaciones donde el espacio, la fiabilidad o la sensibilidad a cambios de temperaturas son críticas. Resultan especialmente útiles en sectores como la alimentación, la industria farmacéutica o la química, donde los gradientes térmicos pueden ser reducidos y la huella espacial es un factor crítico, los PCMs sólido-sólido permiten integrar almacenamiento térmico de forma eficiente en instalaciones ya existentes.

También en sectores como la electrónica de potencia, la aviación, la automoción eléctrica o dispositivos portátiles, donde cada gramo y centímetro cuentan.

Además, la posibilidad de diseñar materiales a medida permite ajustar la temperatura de transición al rango óptimo de cada aplicación, algo que no es tan fácil con materiales comerciales. La clave es entender el PCM no solo como un almacén de energía, sino como un material multifuncional que puede adaptarse al entorno en el que se va a integrar.

5º Desde tu experiencia, ¿qué hace falta para que este tipo de soluciones disruptivas lleguen al mercado?

La transferencia requiere superar varios escalones: desde la validación en condiciones reales hasta la escalabilidad del proceso de síntesis. Nosotros colaboramos con empresas para adaptar los materiales a sus necesidades específicas, integrarlos en prototipos y validar el rendimiento con condiciones reales de operación.

Es esencial demostrar estabilidad a largo plazo, costes competitivos y compatibilidad con procesos industriales. Pero también es necesario cambiar el enfoque: no se trata solo de sustituir materiales existentes, sino de habilitar nuevas posibilidades de diseño e integración en los sistemas térmicos.

6º Los cristales plásticos son una de vuestras líneas de investigación más consolidadas. ¿Qué ventajas ofrecen frente a otros PCMs y por qué siguen representando una oportunidad única?

Los cristales plásticos son un tipo de PCM sólido-sólido cuya alta densidad energética se basa en la formación y ruptura interna de fuertes puentes de hidrógeno. Lo más interesante es que algunos de estos compuestos tienen transiciones térmicas en el rango de los 120 °C a 250 °C, una franja de temperatura donde los PCMs tradicionales presentan problemas de estabilidad o directamente no operan. Esto abre una ventana de oportunidades en sectores como el almacenamiento térmico industrial, generación solar térmica o integración en procesos de media temperatura.

En CIC energiGUNE trabajamos para explotar todo el potencial de los cristales plásticos, abordando no solo su optimización a nivel de material, sino también retos clave para su uso real, como la procesabilidad, la integración en sistemas y su validación en entornos operativos relevantes. Esta línea, además de ser innovadora científicamente, encaja perfectamente con las prioridades de muchas convocatorias europeas centradas en eficiencia energética industrial y descarbonización.

7º ¿Cuál es la visión de futuro en este campo? ¿Qué podemos esperar en los próximos años desde CIC energiGUNE?

El almacenamiento térmico va a ser clave en la transición energética, especialmente en sectores industriales y sistemas híbridos donde la gestión del calor es crítica. En CIC energiGUNE seguiremos reforzando nuestra línea de PCMs sólido-sólido donde hoy apenas existen soluciones efectivas.

Estos materiales abren nuevas oportunidades en aplicaciones industriales, energía solar térmica o recuperación de calor. Nuestro objetivo es claro: diseñar materiales disruptivos que amplíen los límites del almacenamiento térmico y contribuyan a una descarbonización real desde el material.