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Células fotovoltaicas orgánicas para una energía verde

Numerosas investigaciones se llevan a cabo para el desarrollo sostenible de la energía solar y de la fuerza del viento o del agua. La electricidad producida se llama energía verde, a pesar de que la construcción de instalaciones puede ser contaminante. Por ejemplo, la fabricación de células fotovoltaicas energívora y utiliza compuestos tóxicos.

La fotosíntesis es una reacción bioquímica que produce energía química a partir de la luz solar. Esta conversión se basa en complejos moleculares compuestos llamados fotosistemas compuestos por proteínas y pigmentos, como la clorofila. En respuesta a la absorción de fotones, expulsan electrones. Esa es la electricidad…

Esta cuestión probablemente ha inspirado el trabajo de Andreas Mershin del Massachusetts Institute of Technology (MIT). En colaboración con sus compañeros, se las arregló para crear una célula fotovoltaica orgánica. A partir de las algas verdes y azules, por primera vez, han podido extraer los fotosistemas. Después de algunas modificaciones, han sido capaces de asociar estos fotosistemas con un semi-conductor metálico. Los electrones expulsados por los complejos moleculares en presencia de luz son también captados por este compuesto metálico y utilizado para generación de energía.

Este proceso utiliza materiales biológicos renovables sin necesidad de productos químicos tóxicos o costosos en la producción de energía. Esta hazaña tecnológica se presenta en un artículo publicado en la revista científica Nature.

esquema panel biosolar

(A) Photoanodos compuestos de dióxido de titanio (espesor de 3,8 micras), (b) columnas de óxido de zinc sobre las que se fijan los fotosistemas, (c) representación esquemática de la disposición de los complejos moleculares de origen biológico ( PS-1) sobre las barras de zinc (nanocables de óxido de Zync), (d) los fotosistemas están recubiertos con una capa de agente tensioactivo (surfactante estabilizador de péptidos), (e) cada PS-1 se compone de pigmentos tales como la clorofila (Chlorophyll). © Mershin et al. 2012, Nature Scientific Reports

Paneles fotovoltaicos: la alianza de lo orgánico y los metales

En última instancia, los científicos del proyecto afirman que su sistema podría producir energía necesitando menos tiempo, menos tierras agrícolas, menos agua y carburantes que numerosas industrias necesitan para crear biocombustibles. La fabricación de paneles solares también sería biológica, de bajo coste y fácil de implementar en muchos laboratorios.

En concreto, las células biosolares han surgido a través del ensamblaje de compuestos orgánicos y metálicos. Los fotosistemas P700 son extractos de algas marinas que pueden estabilizarse con péptidos que actúan como un agente tensioactivo. Se colocan entonces los tubos en la presencia de compuestos de óxido de zinc (ZnO) o dióxido de titanio (TiO2) en los que se auto-ensamblan. Los soportes se trabajan a escala nanométrica. Presentan excrecencias permanentes en los fotosistemas que les permiten captar la luz con la máxima eficacia posible. La superficie de reacción expuesta a la luz también se multiplica gracias a esta arquitectura.

Por desgracia, los rendimientos no permiten aún la explotación comercial. El voltaje generado es de 0,5 voltios contra 12 voltios en la mayoría de los paneles solares disponibles comercialmente. La corriente de alimentación del sistema eléctrico alcanza 81 mW por cm². Está muy por debajo del 15.000 mW por cm² desarrollado por células fotovoltaicas de silicio monocristalino en condiciones estándar.

Este sistema no parece viable en un futuro próximo, pero tiene el mérito de proponer una alternativa ecológica, económica y, potencialmente, fácil de implementar. El desarrollo de la generación de energía de origen biológico, es la esperanza de conseguir un producto económico común que siempre será eficaz y sostenible.

panel solar

El futuro dirá si los paneles solares orgánicos pueden ser capaces de incrementar la capacidad de producción de energía. © Mr__H, Flickr, creative commons by nc sa 2.0

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