La resurrecci¨®n de la bombilla

Condenadas a muerte por su baja eficiencia, las l¨¢mparas incandescentes podr¨ªan tener una segunda oportunidad. Investigadores estadounidenses han conseguido que el calor que emiten se convierta en m¨¢s luz. Con los primeros prototipos han igualado en rendimiento a algunas l¨¢mparas LED, pero gracias a la nanotecnolog¨ªa est¨¢n convencidos de que iluminar¨¢n m¨¢s y mejor que las luminarias actuales.

La de las bombillas es una de las tecnolog¨ªas m¨¢s ineficientes que haya inventado el ser humano. Desde que Edison y Swan presentaran sus respectivas bombillas hace casi 140 a?os, sus fundamentos han cambiado poco: la corriente el¨¦ctrica pasa por un material que funde a muy alta temperatura (el wolframio o tungsteno) rodeado por un gas inerte para que el filamento no se queme y todo encerrado en una c¨¢psula de vidrio. El problema de esta tecnolog¨ªa es que consume demasiada energ¨ªa para la poca luz que da. Solo entre el 10% y el 15% de la energ¨ªa es convertida en luz visible, el resto se transforma en calor, en su mayor¨ªa en forma de radiaci¨®n infrarroja, en el rango no visible del espectro.

Aunque esa ineficiencia es parte de su encanto, ya que es responsable de la calidez que dan las bombillas incandescentes, tambi¨¦n ha provocado que las distintas autoridades hayan prohibido su fabricaci¨®n y venta e impuesto una agenda de retirada. En Europa, ya no se pueden conseguir las m¨¢s ineficientes y solo las hal¨®genas con una mayor ratio de lumen por vatio (lm/w) han logrado una moratoria hasta 2018. En M¨¦xico, por ejemplo, no se comercializa ninguna incandescente desde el a?o pasado.

El prototipo iguala a l¨¢mparas fluorescentes y algunas LED pero a¨²n tiene margen de mejora

Durante d¨¦cadas, muchos han investigado c¨®mo aumentar el rendimiento de las l¨¢mparas incandescentes. Una de las posibilidades m¨¢s evidentes era encontrar la manera de convertir la radiaci¨®n infrarroja en luz visible. En 1977, hubo quien registr¨® una patente de un sistema que reflejaba los infrarrojos de nuevo contra el filamento. Pero operar sobre un fin¨ªsimo hilo de tungsteno a unos 2.700? no era f¨¢cil entonces ni ahora.

Por eso, lo que ha hecho un grupo de investigadores del Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts (MIT) ha sido manipular el tungsteno antes de calentarlo. Primero, aplastaron el filamento para dejarlo casi en una estructura bidimensional, plana. Buscaban as¨ª aumentar la superficie emisora. Lo segundo fue hacerle un bocadillo con 300 fin¨ªsimas capas de cuatro materiales diferentes. Todos son ¨®xidos (de silicio, de aluminio, tantalio o titanio), todos son muy abundantes y los cuatro presentan, a escala nanom¨¦trica, la capacidad para reflejar parte del espectro de la luz mientras dejan pasar el resto.

"El avance clave ha sido dise?ar una estructura fot¨®nica que transmite la luz visible y refleja la luz infrarroja en un amplio rango de ¨¢ngulos", explica en una nota el investigador del MIT y principal autor de la investigaci¨®n, Ognjen Ilic. De esta manera, la corriente el¨¦ctrica pasa por el tungsteno hasta que entra en incandescencia, de toda la radiaci¨®n emitida, los materiales que rodean al filamento devuelven la infrarroja de nuevo hacia el tungsteno, recalent¨¢ndolo. As¨ª, genera m¨¢s luz reciclando la energ¨ªa t¨¦rmica y con menor el¨¦ctrica.

300 capas de material fot¨®nico rodean el filamento atrapando la radiaci¨®n infrarroja

En el prototipo de bombilla que dise?aron, y por razones de operatividad, usaron solo 90 capas y ¨²nicamente con dos de los materiales, el ¨®xido de silicio y el ¨®xido de aluminio. A¨²n as¨ª triplicaron la eficiencia de las bombillas convencionales e igualaron a las de las de bajo consumo y algunos de los LED que hay en el mercado. Sin embargo, su modelo te¨®rico prev¨¦ que puedan alcanzar un rendimiento del 40%, superando incluso a las tecnolog¨ªas de iluminaci¨®n LED m¨¢s avanzadas, seg¨²n muestran en la revista Nature Nanotechnology.

Pero tan importante como la eficiencia es la fidelidad al color. La capacidad que tiene una fuente luminosa para reproducir fielmente los colores se mide con el denominado ¨ªndice de reproducci¨®n crom¨¢tica (CRI, por sus siglas en ingl¨¦s). El m¨¢ximo es 100 y se corresponde con el de las bombillas incandescentes, lo m¨¢s parecido al Sol que puede haber durante la noche. Por comparar, las l¨¢mparas de sodio no llegan a un CRI de 70 y solo algunas de las nuevas fluorescentes logran un 85 y solo los mejores LED alcanzan el 95. Ese es el CRI que ha conseguido el prototipo de bombilla del MIT.

A¨²n les queda resolver algunos problemas, como apilar las 300 capas de nanomaterial, cubrir todos los ¨¢ngulos en un objeto esf¨¦rico o resolver el recalentamiento del hilo de tungsteno, pero los investigadores creen que su idea podr¨ªa resucitar a la l¨¢mpara incandescente. Otra cosa es que su resurrecci¨®n llegue demasiado tarde y las l¨¢mparas LED, grafeno y qui¨¦n sabe qu¨¦ nuevo material m¨¢s ya le hayan quitado su sitio.