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Alivisatos y Grätzel reciben el Premio Fronteras por desarrollar nuevos nanomateriales aplicados en energías renovables

La Fundación BBVA ha otorgado el Premio Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas a Paul Alivisatos y Michael Grätzel por sus contribuciones fundamentales al desarrollo de nuevos nanomateriales que ya se están aplicando tanto en la producción de energía solar como en la electrónica de última generación. El trabajo de ambos premiados abre la puerta a nuevas vías para la producción de energías renovables, dispositivos electrónicos, técnicas de imagen biomédica y otras aplicaciones.

Ambos investigadores han liderado el esfuerzo por controlar la interacción entre la luz y la materia. Michael Grätzel (Dorfchemnitz, Alemania, 1944) es el inventor de una nueva célula fotovoltaica que transforma la luz solar en electricidad de manera eficiente y barata, imitando el proceso natural de la fotosíntesis en las plantas. Un sistema que ha acercado el objetivo de convertir la luz del sol en una fuente de electricidad limpia, eficiente y barata a gran escala.

Por su parte, Paul Alivisatos (Chicago, Illinois, Estados Unidos, 1959) es pionero en el uso de nanocristales semiconductores que convierten la electricidad en luz visible que han permitido el desarrollo de los televisores QLED, mejorando la resolución del color en las pantallas. “Michael ha investigado más en cómo convertir en electricidad la luz que entra en el sistema, mientras que las aplicaciones derivadas de mi trabajo tienen que ver más con cómo convertir la energía en luz que sale del sistema, y que la gente puede usar”, ha explicado Alivisatos tras conocer el fallo del premio.

Fotosíntesis artificial

El proceso de fotosíntesis inspiró a Grätzel como forma de almacenar energía. Las células solares inventadas por el científico emplean un pigmento que hace la función de la clorofila, es decir, absorbe la luz del sol y genera electrones. Una vez recolectados, los electrones son transportados por un material semiconductor, por ejemplo el dióxido de titanio. Su aportación más relevante fue disponer el dióxido de titanio en nanopartículas, en lugar de en placas, como las células de silicio convencionales. Cada nanopartícula de dióxido de titanio se recubre del pigmento, y el resultado es un fluido que contiene las nanopartículas con el que se fabrican las células solares.

Michael Grätzel, Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas - Fundación BBVA

Las ventajas de estas células son múltiples: materias primas abundantes, un proceso de fabricación barato, transparencia, flexibilidad y capacidad de obtener electricidad también de la luz ambiental. Un desarrollo que ha dado lugar a “miles de patentes”, señala el propio galardonado, y “ha abierto todo un nuevo campo de investigación”.

Pantallas que imitan la realidad

Los nanocristales de Alivisatos, también llamados puntos cuánticos, están igualmente en la base de numerosas aplicaciones, desde la búsqueda de nuevas fuentes de energía limpia hasta la electrónica de consumo y las técnicas de imagen biomédica. Controlar con alta precisión el tamaño del nanocristal implica controlar el color de la luz que emite, como explica el premiado: “Un electrón en un nanocristal puede emitir luz, y el color de esa luz que emite dependerá del tamaño del nanocristal. Si es más bien pequeño, la energía de la luz será mayor, por lo que será una luz más azul. Y de esta manera se pueden usar nanocristales para hacer materiales que emitan todo el arcoíris de colores; un arcoíris tan grande que contenga todos los colores de la naturaleza”.

Paul Alivisatos, Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas - Fundación BBVA

Una de sus aplicaciones de más éxito ha sido en los televisores QLED, donde demostró que era posible fabricar pantallas con alta resolución y lograr que fueran a la vez muy eficientes en el uso de la energía. Ventajas que también han sido aplicadas en el campo de la biomedicina, con el desarrollo de nanocristales para tinciones de muestras biológicas, ajustando el tamaño del nanocristal para que el fluido puede etiquetar un tipo u otro de células.

Aplicación en las energías renovables

Los investigadores están convencidos de la necesidad de producir energía renovable a gran escala. Las nuevas líneas de investigación abiertas por su trabajo en el campo de los nanomateriales representan una de las posibles soluciones desde el ámbito de la ciencia y la tecnología. “El cambio climático”, señala Grätzel, “es en efecto un gran desafío. Debemos reducir nuestro uso de combustibles fósiles y la energía fotovoltaica tiene que aumentar su capacidad por un factor de 200 en las próximas décadas”.

“El cambio climático es uno de los mayores desafíos a los que se enfrenta la humanidad”, afirma Alivisatos. “Parte de ese reto implica aprender a fabricar nuevos materiales que puedan captar la energía del sol, con las menores pérdidas posibles de energía, y además hacerlo a gran escala. Hemos comprobado que los nanomateriales se pueden fabricar con una calidad altísima y a un coste relativamente bajo. Se pueden usar para absorber la luz del sol, y que al hacerlo no pierdan energía en forma de calor, lo que permite una conversión más eficiente en electricidad. Michael Grätzel ya ha mostrado algunos usos de los nanomateriales en la energía solar, pero veremos muchos más a lo largo de los próximos años”.

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