Científicos del Centro de Investigación de Nanomateriales de la Universidad de Massey, en Nueva Zelanda, han publicado los últimos resultados de sus proyectos con tintes artificiales para conseguir producir energía eléctrica a través de la fotosíntesis artificial.

Los dos tintes más prometedores desarrollados por los científicos contienen clorofila y hemoglobina. Las posibilidades de estos tintes son extraordinarias, y tienen muchas ventajas respecto a las células fotovoltaicas:

En primer lugar, funcionan muy bien en condiciones en las que los paneles de silicio no lo hacen, como ya mencionamos en la entrada acerca del dióxido de titanio. Estas células solares fotosintéticas producen una cantidad de corriente aceptable incluso con el cielo cubierto, simplemente con la luminosidad ambiente: una célula de 10 cm x 10 cm es capaz de hacer funcionar un pequeño ventilador sin problemas. Lo mismo ocurre con la temperatura: estas células no son sensibles a ella, mientras que las de silicio funcionan muy mal a altas temperaturas (lo cual es un problema, teniendo en cuenta que necesitan que les dé el Sol para funcionar).

En segundo lugar, son mucho más baratas. Fabricar silicio (monocristalino o policristalino) para los paneles fotovoltaicos es muy caro, pero este tipo de células fotosintéticas es unas 10 veces más barato. No sólo eso, sino que pueden tintarse ventanas, tejados o incluso ropa.

En tercer lugar, su fabricación es mucho menos contaminante que los paneles convencionales. Refinar el silicio cuesta mucha energía (por eso es caro), mientras que fabricar estos tintes requiere muy poca.

Los científicos piensan que en 2010 podrá haber instalaciones comerciales de estas células, que son tan escalables como los paneles fotovoltaicos: puedes cubrir una pared de tu casa con el tinte, o tener edificios de oficinas enteros produciendo energía.

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¿Cómo funcionan estas “plantas artificiales”? Evidentemente, lo que realizan no es la fotosíntesis convencional, puesto que no queremos romper moléculas de CO2 para quedarnos con el carbono: queremos producir corriente eléctrica.

Básicamente, estas células solares constan de los siguientes elementos: un electrolito con iones yoduro- (átomos de yodo con un electrón de más), un electrodo normal, y otro electrodo en el que hay dióxido de titanio nanocristalino poroso, empapado del tinte (como el derivado de la clorofila). Por ejemplo, podría tenerse un cristal tintado (el electrodo con el TiO2 y el tinte) conectado al electrolito en una batería en el sótano de la casa y al segundo electrodo.

Cuando los fotones de la luz solar inciden sobre el tinte, se produce algo que ocurre también en la fotosíntesis natural: el fotón proporciona suficiente energía a los átomos para arrancarles un electrón, es decir, los oxida. Esto se denomina fotoexcitación. Este electrón arrancado salta en 10-15 segundos a la banda de conducción del dióxido de titanio, que a su vez lo pasa por el cable al electrodo opuesto. Recuerda esto para el siguiente párrafo: el electrodo opuesto al del tinte tiene un electrón extra.

Pero al mismo tiempo los átomos del tinte, que han sufrido una oxidación, necesitan obtener un electrón otra vez para volver a estar como al principio: se lo quitan a los iones yoduro, convirtiéndolos en átomos de yodo. Estos átomos necesitan obtener el electrón que han perdido, y ¿de dónde lo sacan? Recuerda el párrafo anterior: del electrodo opuesto al del dióxido de titanio, donde el electrón arrancado había viajado.

¿Qué se tiene entonces? Básicamente, un circuito cerrado en el que hay electrones moviéndose, es decir, corriente eléctrica. La similitud con la fotosíntesis es evidente: hay una reacción redox producida por la luz solar. Por otro lado, no hace falta dióxido de carbono, ni se produce oxígeno, aunque también hay proyectos que estudian esta posibilidad para reducir el efecto invernadero.

Otros tipos de células solares que realizan una suerte de fotosíntesis artificial son también interesantes: en vez de tener como objeto producir corriente eléctrica, realizan la primera parte de la reacción fotosintética de las plantas, la dependiente de la luz: arrancan protones a la molécula de agua. Estas células son capaces de producir burbujas de hidrógeno molecular en uno de sus electrodos, es decir, realizan la hidrólisis a partir de la luz solar. Con una de ellas podría, por ejemplo, alimentarse a un autobús que funcione con hidrógeno sin contaminar - recuerda que los autobuses de hidrógeno que funcionan por las calles de las ciudades obtienen el hidrógeno consumiendo energía eléctrica, lo cual (al menos en España) contamina mucho.

Si has entendido la explicación y no ha sido demasiado farragosa, puedes comprender las posibilidades. Podrían teñirse todas las ventanas de un edificio, o las paredes, y convertir toda la fachada en un electrodo de una de estas células. Y, al igual que en las plantas, no hace falta luz directa para que se produzca el proceso. Como dijimos antes, tampoco influye la temperatura, y los elementos necesarios son muy baratos y escalables.

Si eres un lector habitual de El Tamiz, sabes que soy bastante escéptico cuando veo el entusiasmo irracional que generan las energías renovables: la mayor parte de ellas están muy bien como energías complementarias, pero no pueden sustituir aún a las convencionales. Sin embargo, avances como éste prometen: si reducimos el consumo de combustibles convencionales un 10-15% de esta manera, podrán durar mucho más. También son soluciones factibles a pequeña escala y en lugares remotos - y desde luego me gustan mucho más este tipo de células que las de silicio.

Por otro lado, el rendimiento obtenido sigue siendo pequeño: se espera que en 2010 sea de alrededor del 30%, lo cual no es mucho. Pero, por otro lado, el bajo coste de estas células hace que sea definitivamente rentable, cuando puedan fabricarse comercialmente. ¡Estaremos al tanto!

Para saber más: Massey University.