El proyecto NRG-STORAGE pretende lanzar una solución innovadora que sustituya a los actuales materiales aislantes utilizados en las envolventes de los edificios, proponiendo una espuma cementosa multifuncional y ahorradora de energía.

La demanda de energía para calefacción y refrigeración representa una gran parte del consumo energético de los edificios no residenciales en todo el mundo.

La envolvente de los edificios (como paredes, tejados y suelos), tanto en aplicaciones residenciales como no residenciales, es uno de los objetos de construcción más importantes que podrían beneficiarse de diseños e innovaciones energéticamente eficientes. El almacenamiento de energía solar y/o de calefacción/refrigeración ambiental en los componentes del edificio es una forma de nivelar la variación diaria de la temperatura interior y reducir significativamente la demanda de energía.

Una forma de alcanzar este objetivo es desarrollar nuevos productos cementosos basados en materiales de cambio de fase (PCM), caracterizados por una microestructura porosa específica/responsiva que aloja los PCM y tiene el potencial de almacenar/liberar energía debido a un cambio reversible de una fase sólida a una líquida.

En este contexto, el proyecto NRG-STORAGE pretende lanzar una solución innovadora que sustituya a los actuales materiales aislantes utilizados en las envolventes de los edificios, proponiendo una espuma cementosa multifuncional y ahorradora de energía (NRG-Foam).

Proyecto NRG-STORAGE: desarrollo de materiales innovadores energéticamente eficientes para la construcción

Los materiales compuestos NRG-Foam están diseñados para lograr el mejor compromiso entre las propiedades de aislamiento térmico y la capacidad de almacenamiento de calor mediante la incorporación de materiales de cambio de fase de base biológica microencapsulados (bio-MPCM) en la pasta de cemento inicial.  

Además, los nanoaditivos a base de grafeno, añadidos tanto a la matriz de espuma de cemento como a la fracción de MPCM, ayudan a mejorar las propiedades mecánicas del compuesto y a reducir los fenómenos de contracción por endurecimiento y los efectos de envejecimiento asociados.  

Las mejoras en la capacidad de almacenamiento de energía de la espuma también se lograrán a través de dos sistemas activos que trabajarán juntos en una configuración optimizada como: (i) un sistema activo a escala material, que desencadenará la fusión del PCM mediante la activación eléctrica del grafeno embebido; y (ii) un sistema activo externo a escala real, desarrollado en un proyecto anterior de la UE, que recuperará la capacidad de almacenamiento de la envoltura mediante la resolidificación de los PCM fundidos.  

Estos sistemas complementarios se optimizarán para obtener el mejor rendimiento entre las tres condiciones climáticas diferentes (mediterránea, oceánica y continental húmeda) elegidas como referencia para los emplazamientos de demostración. En este contexto, las simulaciones preliminares han confirmado una mejora de al menos un 15% en la capacidad de almacenamiento de energía con respecto a las soluciones actuales.

En última instancia, el proyecto contribuirá al mercado en rápido crecimiento de las envolventes de edificios, tanto para la rehabilitación como para los objetos de nueva construcción, mediante la aplicación de los niveles TRL 5 a 7 de la próxima generación de material aislante prefabricado NRG-Foam.

El producto propuesto pretende cumplir con una capacidad de aislamiento mejorada en más de un 25%, una capacidad de almacenamiento de energía superior en más de un 10%, una estanqueidad al agua y al aire al menos un 10% superior, y un aumento del coste inferior al 15% respecto a las soluciones existentes basadas en materiales sintéticos, fibras de vidrio o lanas de roca.

Esta solución altamente eficiente y sostenible también presenta un espesor de capa reducido (un 50% más fino que el EPS), no es inflamable, deja una huella de CO2 muy baja, no es tóxica, tiene capacidad de aislamiento/absorción acústica, es estable dimensionalmente, no afecta a la calidad del aire interior y es fácilmente reciclable.

Por último, la NRG-Foam propuesta puede producirse como paneles prefabricados, con unos costes de fabricación e instalación mínimos, lo que permite su uso en edificios nuevos y con fines de rehabilitación.

Para alcanzar estos ambiciosos objetivos, el proyecto NRG-STORAGE se basa en un consorcio multidisciplinar de 13 socios.

Propiedades del NRG-FOAM, desarrollado dentro del proyecto europeo NRG-Storage

El rol de CIC energiGUNE


El área de Soluciones de Energía Térmica (TES) de CIC energiGUNE participa especialmente en dos paquetes de trabajo del proyecto NRG-STORAGE: el diseño de componentes para el almacenamiento de energía térmica (WP1) y la identificación de mejoras de resistencia y desarrollo de la espuma NRG (WP2).

Proyecto NRG-STORAGE: desarrollo de materiales innovadores energéticamente eficientes para la construcción

Así pues, el centro, en estrecha colaboración con otros socios, se encarga principalmente del diseño de NRG-Foam mediante la caracterización térmica en profundidad de todos los ingredientes de los compuestos de este innovador material (pasta de cemento, nanoplaquetas de óxido de grafeno y PCM microencapsulado) para garantizar la reproducibilidad de su producción y determinar las propiedades termodinámicas clave que garantizan la mayor cantidad de almacenamiento/liberación de energía.

Proyecto NRG-STORAGE: desarrollo de materiales innovadores energéticamente eficientes para la construcción

Tras 2 años y medio


Desde el inicio del proyecto (abril de 2020), se han logrado los siguientes avances:

  • Diseño y producción de componentes nanomodificados (a base de grafeno) para su adición en pasta de cemento y en materiales de cambio de fase microencapsulados.
  • Desarrollo y producción de PCM microencapsulados (a base de bio y parafina) para reducir su reactividad con el entorno exterior, aumentar su área de transferencia de calor y permitir que los PCM soporten cambios frecuentes de volumen en el interior de las partículas.
  • Desarrollo de PCM microencapsulado nanomodificado (grafeno hibridado + cápsulas) y compuesto cementoso de cambio de fase (PCCC) conductor térmico y eléctrico.
  • Caracterización de componentes (propiedades térmicas estacionarias y dinámicas).
  • Diseño y optimización numérica de los compuestos NRG-Foam.
  • Colado de compuestos NRG-Foam y análisis de microestructuras.
  • Diseño estructural y construcción de los edificios de demostración. Diseño de la capa superficial y conexión estructural. Instalación del sistema de monitorización.
  • Simulaciones de agrietamiento de los muros y los paneles aislantes NRG-Foam durante el análisis sísmico pushover de las casas de demostración.
Proyecto NRG-STORAGE: desarrollo de materiales innovadores energéticamente eficientes para la construcción

La próxima etapa del proyecto NRG se presenta apasionante con la integración de las espumas más prometedoras en instalaciones experimentales monitorizadas y edificios reales. Así pues, el proyecto está en vías de demostrar la eficacia en términos de capacidad de aislamiento y almacenamiento, estanqueidad al agua y al aire, ecosostenibilidad y coste de este nuevo material cementoso, incluidos los materiales de cambio de fase para el almacenamiento activo y pasivo de energía en edificios.


El proyecto NRG-STORAGE
(número 870114) está financiado por el Marco H2020 de la Unión Europea dentro de la convocatoria LC-EEB-01-2019, H2020-NMBP-ST-IND-2018-2020/H2020-NMBP-EEB-2019FOR GREEN ACTIVE/PASSIVE ENERGY STORAGE.

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