Escribe Daniela Orlandi* – Científicos de la Universidad Nacional de Tucumán (UNT) y del Conicet desarrollaron nanomateriales fototérmicos que pueden usarse como pinturas en celdas solares e instalarse, por ejemplo, en un termotanque solar -para calentar el agua en viviendas y edificios-, lo que les daría un 30% más de efectividad que los actuales.
La ventaja de este material -basado en nanotubos de carbono huecos- es su diminuto tamaño, algo así como 60.000 veces más fino que un cabello y su eficiencia porque permite conservar un 30% más el calor que los materiales conocidos hasta hoy.
“Los paneles o celdas fototérmicas transforman la energía que les llega del sol directamente en calor. Este calor puede ser utilizado para calentar agua, cocinar o generar electricidad. Nosotros estamos enfocados en la primera aplicación, en el calentamiento de agua doméstica”, precisa a Télam-Confiar el físico Patricio Alastuey, director del Laboratorio de Caracterización de Nanomateriales del Instituto de Física del NOA (Infinoa) de doble dependencia entre el Conicet y la UNT.
Y agrega que “las celdas se suelen comercializar en módulos, es decir, en estructuras pequeñas que se repiten para conformar un dispositivo más grande (un termotanque solar, por ejemplo) que consta de varias celdas solares fototérmicas”.
Alastuey, desarrolla el trabajo bajo la dirección de la doctora Mónica Tirado, secretaria de Ciencia y Técnica de la UNT, y bajo la supervisión del Dr. David Comedi (director del Infinoa) y todos integrantes del grupo Nanoproject, que está formado por científicos de la UNT y del Conicet.
Por su parte, la doctora Tirado explica que con los nanomateriales desarrollan una pintura formada por nanotubos de carbono que potencian la trasmisión del calor del sol al tanque de agua o a cualquier otra cosa. “Los nanomateriales que usamos aumentan la superficie que reacciona frente a la energía solar; es como que, en vez de secarte con una toalla, lo hacés con un toallón, esos diminutos y abundantes nanotubos en contacto con el sol trasforman la energía solar en térmica y generan más eficiencia”, precisa.
El trabajo se realiza en el marco de un acuerdo entre la Facultad Ciencias Exactas y Tecnología (Facet) de la UNT y la Universidad de Montpellier, en colaboración con el Dr. Guillaume Toquer, del ICSM (Instituto de Química Separativa de Marcoule (por sus siglas en francés).
Los nanotubos de carbono se investigan en distintas partes del mundo desde hace ya varias décadas porque presentan propiedades interesantes.
“Nosotros utilizamos un tipo específico de nanotubos de carbono que se comportan como un material absorbente, bajo ciertas condiciones, y que se vuelven transparentes en otras. Esto nos permite optimizar el diseño de la celda respecto a las que existen en el mercado porque usando cantidades más pequeñas de material y conseguimos el mismo rendimiento”, explica la investigadora.
Alastuey detalla que las celdas están hechas de una superficie reflejante (silicio recubierto con platino) sobre la cual depositan una “pintura negra” de nanotubos de carbono. Para medir su eficiencia, los investigadores hicieron comparaciones en el laboratorio, por ejemplo, con dos celdas muy similares.
“Unas fueron hechas con nanotubos de carbono más grandes, multicapa, que se comportan similar al grafito (un mineral hecho de carbono). Allí encontramos una eficiencia del 60% y una absorción de más del 90%. Sin embargo, pierden mucha energía cuando se calientan para funcionar (un 35% de lo que reciben) y emiten energía infrarroja “, explica.
“En cambio, cuando realizaron la misma prueba con los nanotubos de carbono muy pequeños (monocapa), como resultado teníamos la misma absorción de energía lumínica (más del 90%) pero teníamos un coeficiente de pérdida menor (alrededor del 5%)”, detalla.
El trabajo se encuentra en la etapa de laboratorio y la técnica que utilizan para cubrir los nanotubos de carbono es la “deposición electroforética”, que es un proceso muy usado en la industria para adherir polvos de metal y cerámicos a capas delgadas. Los resultados del trabajo se publicaron en la revista científica “Thin Solid Films”, con enlace al trabajo aquí https://doi.org/10.1016/j.tsf.2022.139614.
Los investigadores señalan que en diferentes partes del mundo, entre ellas Tucumán, “los termotanques solares se están imponiendo en el mercado y resultan especialmente útiles en dónde no hay acceso al gas natural o bien las garrafas de gas resultan muy caras. Esta tecnología sirve sobre todo para calefaccionar agua doméstica y es ampliamente utilizada en Europa”, precisa Tirado.
Las celdas desarrolladas por los tucumanos podrían ubicarse sobre el techo de las construcciones, como ocurre con los termotanques solares. “La ventaja de nuestra celda es que sería más pequeña que los tradicionales, pero con la misma potencia, porque tiene un rendimiento 30% superior a las conocidas hasta hoy”, puntualiza Alastuey.
El investigador describe que hoy en día se puede hacer casi toda la investigación de estos nanomateriales en Tucumán (en colaboración con otros institutos como el Inquinoa, el Insibio, el Immca y el CIME) “excepto la caracterización espectral que se realiza en Francia”. Sin embargo, considera que en breve podrán completar todos los estudios en esa provincia usando el nuevo “simulador solar”. que instalaron a fines del año pasado en el Infinoa.
El científico opina que el siguiente paso será tratar de replicar a gran escala los valores de eficiencia obtenidos en el laboratorio, pero utilizando materiales más económicos y manteniendo el diseño. Cabe recordar que los investigadores hoy utilizan silicio y platino. “Sería importante buscar inversores privados con la idea de construir una startup y diseñar las celdas en serie para sacarlas al mercado lo antes posible”, anhela.
*Daniela Orlandi de la Red Argentina de Periodismo Científico en Télam-Confiar, una plataforma con información especializada en ciencia, salud, ambiente y tecnología (www.telam.com.ar/confiar)
