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Ciencias 20 ene 2023

Rubén Costa, el químico que aprendió de las medusas a fabricar ventanas que producen electricidad

Rubén D. Costa, beca Leonardo 2018 en CC. Básicas de la Fundación BBVA.

El científico valenciano y su equipo trabajan en la creación de un sistema de placas transparentes, parecidas a los cristales convencionales, que absorben la energía del sol y la transforman en electricidad para iluminar nuestras casas. En el laboratorio de Rubén Costa ya han conseguido un dispositivo que emite luz durante 150 días. La meta ahora es superar los dos años de vida, el plazo necesario para que esta tecnología sea relevante para nuestro uso.

Rubén Costa (Valencia, 39 años) ha encontrado en la química un puente perfecto entre dos de sus pasiones: la biología y la tecnología. “Es fácil, flexible, multidisciplinar y bonita”, dice. Este entusiasmo ha ido siempre de la mano de su preocupación por el medioambiente, que le ha llevado a la búsqueda de materiales sostenibles, que no sean finitos y que puedan pasar de generación en generación y, sobre todo, que sean útiles.

Su último proyecto está centrado en el desarrollo de la primera ventana solar hecha a partir de proteínas fluorescentes (como las encargadas de la bioluminiscencia de las medusas), que absorben la luz solar y la convierten en electricidad. Suena sencillo, pero lograrlo supone un reto titánico.

“Nuestra innovación fue plantear el uso de proteínas fluorescentes producidas por la medusa Aequorea victoria”, dice Costa. Con estas proteínas  han creado una placa semitransparente que se coloca en lugar de los cristales de la ventana. A través de ellos redirige la luz hasta los bordes, donde unas células solares transforman la luz en energía eléctrica, que se puede volcar a la red de un edificio o aislar para su almacenamiento.

La idea de la ventana nació gracias al desarrollo del BioLED. “El concepto BioLED se basa en estabilizar proteínas fabricadas a partir de la bacteria E. coli fuera de un medio acuoso para conseguir una fórmula lumínica más sostenible, con componentes de fácil reciclaje, capaz de producirse de una forma más sencilla y barata”, explica el experto.

Dentro de los LEDs convencionales (blancos) existe un chip que emite luz azul, la cual pasa a través de un filtro (basado en materiales inorgánicos) que parcialmente la absorbe y emite una brillantez amarillo-anaranjada. Gracias a los dos efectos, es decir, la combinación de ambas emisiones (la luz azul y la amarillo-anaranjada), se logra ese color blanco tan característico de los LEDs. Según Costa, esta tecnología tiene varias limitaciones, como el precio de estos convertidores inorgánicos, que representan hasta un 20% del coste total del LED.

El BioLED consiste en un LED comercial que tiene la misma electrónica, chip y carcasa, pero al cual se le reemplaza el filtro de color inorgánico por el diseñado con proteínas. De esta manera, se produce una luz blanca pura, con un mayor nivel de eficiencia y brillo. El beneficio de las proteínas fluorescentes es que mejoran el color de las lámparas que emiten luz blanca, además de que se utilizan materiales sostenibles en el tiempo y no presentan huella ecológica.

Rubén D. Costa, beca Leonardo 2018 en CC. Básicas de la Fundación BBVA.

Rubén Costa, Beca Leonardo de la Fundación BBVA en 2018 en Ciencias Básicas. - Fundación BBVA

El reto de aumentar la vida de la proteína

Las proteínas utilizadas como marcadores biológicos para bio-imagen tienen tiempos de vida de unos segundos cuando se irradian. El primer dispositivo que hizo el equipo de Costa emitió luz durante casi cuatro días. Ahora, ya han conseguido llegar hasta los 150 días de estabilidad, funcionando constantemente hasta alcanzar su vida media. La meta es superar los dos años sin interrupción.

“Si alcanzamos estabilidades de años, estaríamos en condiciones de plantear una tecnología relevante para nuestro uso. Hoy, lo hemos conseguido para varios meses y seguimos trabajando en ello con una buena financiación que nos permite explorar esos límites”, se congratula Costa. Pero esta tecnología no se quedará solo allí. Costa y su equipo siguen trabajando en descifrar los límites de esta innovación, en términos de color, eficiencia y estabilidad.

Gracias a este avance, Costa ahora es conocido como 'el padre del BioLED', aunque el trabajo con el material fluorescente tiene ya algunos años de historia. En los años 90 del siglo pasado algunos científicos japoneses empezaron a trabajar con este tipo de compuestos y, antes de Costa, otros investigadores habían hipotetizado sobre los empleos y limitaciones de las proteínas fluorescentes e incluso las habían implementado en láseres.

“Todos somos padres de una misma visión”, afirma el químico valenciano, y enfatiza que los padres de las proteínas fluorescentes son, en realidad, los estadounidenses Martin Chalfie y Roger Y. Tsien y el japonés Osamu Shimomura, que obtuvieron conjuntamente el Premio Nobel de Química de 2008 “por el descubrimiento y desarrollo de la proteína verde fluorescente, GFP”. En todo caso, Costa reconoce, que junto a su equipo, “hemos conseguimos que el BioLED con biofósforos con proteínas fluorescentes sea un concepto realista para nuestra sociedad”.

Para el desarrollo de este proyecto, bautizado como ‘Estabilización de Proteínas para Concentradores Solares Luminiscentes’, Costa obtuvo una Beca Leonardo en 2018, otorgada por la Fundación BBVA a Investigadores y Creadores Culturales en el área de Biología, Ciencias del Medio Ambiente y de la Tierra. “En 2013, puse en marcha mi propio grupo de investigación, centrado en optoelectrónica híbrida, que se centra en reemplazar materiales o componentes por otros de origen biológico, como glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, sin perder las prestaciones de los dispositivos. Y hace cinco años, trasladé el grupo al IMDEA Materiales de Madrid”, narra, sobre su trayectoria. Hoy, Costa trabaja en la Universidad Técnica de Múnich, en Alemania, donde dirige el Departamento de Materiales Biogénicos Funcionales.

Entre otros, Costa ha recibido el premio MIT Technology Review 2017 como Innovador Europeo menor de 35 años, el Jóvenes Investigadores 2016 de la Real Sociedad Española de Química, la Silver Medal European Young Award también en 2016. En 2020, el Premio Fundación Princesa de Girona Investigación Científica. Mientras tanto, la historia de este científico sigue acumulando reconocimientos e hitos. El próximo aún está por descubrirse.