Premiados los cient¨ªficos que han desarrollado nuevos nanomateriales para mejorar las energ¨ªas limpias

Michael Gr?tzel, cient¨ªfico de la Escuela Polit¨¦cnica Federal de Lausana, Suiza, y Paul Alivisatos, investigador de la Universidad de California en Berkeley, EEUU, han recibido este mi¨¦rcoles la decimotercera edici¨®n del premio BBVA Fronteras del Conocimiento en la categor¨ªa de Ciencias B¨¢sicas por lograr ¡°descubrimientos fundamentales que han permitido el uso de nanoestructuras para la conversi¨®n de energ¨ªa¡±, seg¨²n se?ala el acta del jurado.

Los hallazgos de los dos cient¨ªficos son ¡°fundamentales¡± para el desarrollo de nuevos nanomateriales que se est¨¢n aplicando en la producci¨®n de energ¨ªas renovables y en la electr¨®nica de ¨²ltima generaci¨®n. ¡°El trabajo rompedor de Gr?tzel incluye la invenci¨®n de un tipo de c¨¦lula sensibilizada por colorante que imita el proceso de fotos¨ªntesis y mejora la generaci¨®n de energ¨ªa solar¡±, dice el jurado. Alivisatos, por su parte, ha empleado nanocristales para emitir luz y controlar el color de forma muy precisa. Su trabajo, adem¨¢s de servir para crear pantallas de televisores QLED, ha ayudado a maximizar la absorci¨®n y el uso de paneles solares.

De acuerdo con el jurado, los dos cient¨ªficos son ¡°pioneros en controlar la pareja luz-materia, a trav¨¦s del uso de nanomateriales¡±. Despu¨¦s de recibir el premio, Alivisatos ha afirmado por videoconferencia: ¡°Michael Gr?tzel ha investigado c¨®mo convertir en electricidad la luz que entra en el sistema, mientras que las aplicaciones derivadas de mi trabajo tienen que ver m¨¢s con c¨®mo convertir la energ¨ªa en luz que sale del sistema, y que la gente puede usar¡±.

Los dos galardonados est¨¢n convencidos de que, ante la amenaza del cambio clim¨¢tico y la necesidad de producir energ¨ªa renovable a gran escala, las nuevas l¨ªneas de investigaci¨®n abiertas por su trabajo representan una de las posibles soluciones desde la ciencia y la tecnolog¨ªa. ¡°El cambio clim¨¢tico¡±, se?ala Gr?tzel, ¡°es nuestro principal desaf¨ªo. Debemos reducir el uso de combustibles f¨®siles y la energ¨ªa fotovoltaica tiene que aumentar 200 veces su capacidad en las pr¨®ximas d¨¦cadas¡±.

Alivisatos coincide y reconoce que parte de ese reto es aprender a fabricar nuevos materiales que puedan captar la energ¨ªa del sol, con las menores p¨¦rdidas posibles. ¡°Hemos comprobado que los nanomateriales se pueden fabricar con una calidad alt¨ªsima y a un coste relativamente bajo. Se pueden usar para absorber la luz del sol, y que al hacerlo no pierdan energ¨ªa en forma de calor, lo que permite una conversi¨®n m¨¢s eficiente en electricidad¡±.

La c¨¦lula que imita la fotos¨ªntesis

Michael Gr?tzel fue el primero en combinar sistemas moleculares y nanopart¨ªculas para fabricar un nuevo tipo de c¨¦lulas solares que imitan la fotos¨ªntesis. Su descubrimiento tiene el objetivo de convertir la luz del sol en una fuente de electricidad limpia, eficiente y barata a gran escala.

La fotos¨ªntesis, el proceso natural a trav¨¦s del cual las hojas de las plantas convierten la luz solar en energ¨ªa para su crecimiento, sirvi¨® a Gr?tzel de inspiraci¨®n. De acuerdo con el cient¨ªfico, que naci¨® en Dorfchemnitz, Alemania, en 1944, las nuevas c¨¦lulas solares que llevan su nombre emplean un pigmento similar al de las hojas de los ¨¢rboles, absorbe la luz del sol y generan electrones. Para producir energ¨ªa, estos electrones son recolectados y transportados por un material semiconductor, en este caso el di¨®xido de titanio.

Los dos galardonados est¨¢n convencidos de que, ante la amenaza del cambio clim¨¢tico y la necesidad de producir energ¨ªa renovable a gran escala, las nuevas l¨ªneas de investigaci¨®n abiertas por su trabajo representan una de las posibles soluciones desde la ciencia y la tecnolog¨ªa

De acuerdo con el jurado, el gran aporte de Gr?tzel fue utilizar el di¨®xido de titanio en nanopart¨ªculas, y no en placas de c¨¦lulas de silicio convencionales. Cada nanopart¨ªcula de di¨®xido de titanio se recubre del pigmento, y el resultado es un fluido con el que se fabrican las c¨¦lulas solares. ¡°Era la primera vez que se usaban nanopart¨ªculas para construir c¨¦lulas fotovoltaicas, nadie lo hab¨ªa pensado antes¡±, ha explicado Gr?tzel por videoconferencia tras conocer el fallo. ¡°La primera vez que lo probamos fue emocionante, nos sorprendi¨® a nosotros mismos porque logramos una conversi¨®n de luz en energ¨ªa miles de veces superior a la que esper¨¢bamos¡±.

Gr?tzel, que se gradu¨® en Qu¨ªmica en 1968 en la Universidad Libre de Berl¨ªn y se doctor¨® en Qu¨ªmica F¨ªsica en 1971 por la Universidad T¨¦cnica de Berl¨ªn, present¨® su nueva c¨¦lula solar fotovoltaica en 1991 en una publicaci¨®n en Nature, que ha sido citada decenas de miles de veces y que ha dado origen a las c¨¦lulas solares sensibilizadas por colorante, tambi¨¦n conocidas simplemente por el nombre de su inventor: c¨¦lulas de Gr?tzel.

Este desarrollo ha generado ¡°miles de patentes¡± y ¡°ha abierto todo un nuevo campo de investigaci¨®n¡±, asegura el investigador. Las ventajas de estas c¨¦lulas, seg¨²n Gr?tzel, son m¨²ltiples: materias primas abundantes, un proceso de fabricaci¨®n barato, transparencia ¨Clo que permite ponerlas en ventanales¨C, flexibilidad y capacidad de obtener electricidad tambi¨¦n de la luz ambiental, como la que hay en una habitaci¨®n.

Nanocristales para pantallas de alta resoluci¨®n

Los nanocristales de Alivisatos, tambi¨¦n llamados puntos cu¨¢nticos, tienen cientos de aplicaciones, desde la b¨²squeda de nuevas fuentes de energ¨ªa limpia hasta la electr¨®nica de consumo y las t¨¦cnicas de imagen biom¨¦dica. Seg¨²n el investigador, que naci¨® Chicago, Estados Unidos, en 1959, ¡°un electr¨®n en un nanocristal puede emitir luz, y el color de esa luz depender¨¢ del tama?o del nanocristal. Si es peque?o, la energ¨ªa de la luz ser¨¢ mayor, por lo que ser¨¢ una luz m¨¢s azul. De esta manera se pueden usar nanocristales para hacer materiales que emitan todos los colores de la naturaleza¡±.

Una de sus aplicaciones de m¨¢s ¨¦xito de los nanocristales de Alivisatos son los monitores desarrollados a mediados de los 90 y que hoy est¨¢n incorporados en los televisores QLED. Alivisatos demostr¨® que era posible fabricarlos con alta resoluci¨®n y lograr que fueran a la vez muy eficientes en el uso de la energ¨ªa. ¡°En una pantalla a color¡±, se?ala el premiado, ¡°siempre hay un rojo, azul y verde que interact¨²an dentro de nuestro ojo para reproducir todos los colores a nuestro alrededor¡±.

Adem¨¢s, en el campo de la biomedicina, Alivisatos y su grupo desarrollaron nanocristales para tinciones de muestras biol¨®gicas ¨Cajustando el tama?o del nanocristal, el fluido puede etiquetar un tipo u otro de c¨¦lulas¨C. Actualmente hay en el mercado cientos de productos basados en puntos cu¨¢nticos destinados a imagen biom¨¦dica.

Puedes seguir a Materia en Facebook, Twitter, Instagram o suscribirte aqu¨ª a nuestra newsletter