Los dispositivos que absorben energía para producir electricidad, como los paneles solares, pierden eficiencia cuando se calientan. Esto ocurre porque normalmente “la integración de tecnologías fotovoltaicas o de captación de energía solar es incompatible con tecnologías que permitan una gestión de la temperatura de forma eficiente”, explica Pedro David García, investigador en el ICMM-CSIC. Por ello, los investigadores están desarrollando una solución rompedora: “combinarlo todo en un único material: lograr una buena respuesta térmica con la optimización de la captación de energía del sol”.
Biología cuántica
Con esta idea en mente van a usar un concepto novedoso: la biología cuántica, que se inspira en los fenómenos cuánticos no triviales que ocurren en la fotosíntesis. Para que nos entendamos, el concepto cuántico, desarrollado por el físico alemán Max Planck, se refiere a todo aquello vinculado con unos ciertos saltos de la energía al emitir o absorber radiación, que se conocen como cuantos.
Para comprender mejor esté enigmático proceso para los ajenos a la ciencia, Sara Núñez-Sánchez, coordinadora del proyecto Adaptation desde la Universidade do Minho en Portugal, explica que "la supervivencia de las plantas no depende tanto de la cantidad de energía que éstas absorben, sino de que transportan esa energía de forma muy eficiente gracias a fenómenos cuánticos no triviales". Y es precisamente este mecanismo lo que el proyecto va a imitar creando un concepto nuevo de dispositivo para la conversión de energía solar, que permitirá establecer las bases de "una nueva tecnología que tendrá un impacto en áreas más allá de las tecnologías de gestión de la energía, lo que reducirá así nuestra dependencia de materiales críticos”, concluye Núñez-Sánchez.
Copiar la fotosíntesis
En Adaptation se trabajará copiando a nivel molecular cómo se organiza el tejido fotosintético natural para generar nuevos materiales que serán la base del futuro dispositivo solar. Este aparato estará formado por varias estructuras nanométricas y tendrá las propiedades necesarias de absorción y transporte de energía, así como de control térmico. “Todas las estructuras que usaremos tendrán de un modo u otro su origen en la naturaleza, pues nos inspiraremos en sistemas naturales y también usaremos directamente dichas nanoestructuras de la naturaleza en los dispositivos”, explica Martín López, investigador del INL, también participante en el proyecto.
“En nuestro instituto vamos a caracterizar los materiales para dilucidar sus propiedades, de forma que podamos usarlas para diseñar los dispositivos reales”, señala Rosalía Serna, investigadora del IO-CSIC. Además, López añade que estudiarán "qué tipo de nanoestructuraciones son las más adecuadas y cómo la luz interacciona con el material”.
Enfriarse sin gasto energético
Una vez conseguido un primer objetivo de absorber energía y transportarla de forma eficiente para producir electricidad, queda el segundo objetivo de Adaptation: que el dispositivo sea capaz de realizar el ‘enfriamiento radiativo’, es decir, que sea capaz de enfriarse a sí mismo sin gasto energético. Para ello, los investigadores reproducirán el proceso que hace la Tierra en el desierto, por ejemplo. “Enfriar las cosas las hace más eficientes siempre”, enfatiza García. Los nanodispositivos desarrollados en Adaptation serán flexibles y se podrán aplicar sobre las superficies de los objetos como si fueran pintura. Al recubrir elementos urbanos como coches o casas, aportarán energía a dichos objetos mientras controlarán su temperatura, con lo que los podrán adaptar a las necesidades climáticas de cada región. Los investigadores destacan que con esto se estaría poniendo solución a muchos problemas energéticos actuales y varios de los retos de la agenda 2030.
Proyecto europeo Adaptation
El proyecto Adaptation ha recibido 3,6 millones de euros a través de las ayudas Pathfinder de la Unión Europea, destinadas a proyectos disruptivos que investigan y desarrollan avances tecnológicos. En su ejecución participarán nueve entidades de cinco países distintos, entre los que tienen especial protagonismo los centros de investigación de península Ibérica: la Universidade do Minho (coordinador) y el Laboratorio Ibérico Internacional de Nanotecnología (INL) por parte de Portugal; el CSIC, la Universidad de Vigo, la empresa Avanzare Innovation Tecnologica SL y compañía Cooling Photonics por parte de España; la Universidad de Estrasburgo (Francia), la Universidad de Utrecht (Países Bajos) y la empresa Sunplugged-solare Energiesysteme GMBH (Austria).
