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Jueves 24 de Octubre de 2019

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Investigadores construyen paneles solares con flor de ceibo para la base Artigas de la Antártida

Celda Grätzel. Foto: Rosana Porteiro-UCUREn marzo y abril de 2019 un equipo de investigadores del Laboratorio de Biomateriales de la Facultad de Ciencias, Universidad de la República (Udelar), construyó e instaló dos paneles en base a una tecnología de bajo costo, las celdas solares Grätzel, en la Base Artigas de la Antártida. Para la construcción de estas celdas también conocidas como células solares sensibilizadas por colorante, los investigadores utilizaron un pigmento extraído de la flor de ceibo. El Portal de la Udelar habló con María Fernanda Cerdá, una de las docentes responsables del Laboratorio de Biomateriales, que investiga el uso de pigmentos naturales para producir celdas fotovoltaicas de bajo costo.

La Udelar en la Antártida
Cerdá manifestó que los dos paneles funcionan perfecto y a la par de los tradicionales desde que fueron instalados. Se monitorean casi a diario, uno de ellos directamente desde la computadora del laboratorio ya que transmite vía wifi y en el caso del otro, uno de los funcionarios de la base antártica les envía los registros diarios o cada dos días. Agregó que en la Antártida el resultado es fantástico porque estos paneles aprovechan mucho mejor la energía y pueden colocarse en el interior de las edificaciones, a diferencia de los equipos solares tradicionales, lo que permite protegerlos del deterioro ambiental causado por el clima.

Nueva tecnología
La celda Grätzel fue originalmente co-inventada en 1988 por los químicos Brian O'Regan, estadounidense, y Michael Grätzel, suizo, en la Universidad de California, en Berkeley . Este trabajo fue desarrollado más tarde por los mismos científicos en la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza. Michael Grätzel fue galardonado en 2010 con el Premio de Tecnología del Milenio por esta invención.

Cerdá explicó que las celdas Grätzel son dos cuadrados de vidrio conductor entre los cuales va el pigmento adherido por una capa fina de dióxido de titanio, en una cantidad ínfima. El colorante cumple la misión de tomar la luz del sol y transformarla en electrones, produciendo así energía eléctrica. El titanio es el que mantiene al pigmento entre las dos superficies y a la vez atrapa los electrones que el pigmento produce a partir de la luz y los conduce al vidrio.

La docente señaló que estos paneles no son muy conocidos en Uruguay y tampoco en el resto de los países de Latinoamérica. Esta nueva tecnología se ha difundido hasta ahora casi exclusivamente en las zonas de influencia académica de Grätzel. En las ciudades suizas de Ginebra y Lausana hay un aeropuerto y un centro de convenciones enorme alimentados energéticamente por completo con esta tecnología. También en Australia, China, Japón y Corea hay empresas que los venden.

Celdas Grätzel: ventajas adicionales
Un panel solar tradicional es un bloque, ocupa una gran área, si se coloca en la ventana se pierde la entrada de luz al interior por esa abertura. En cambio los paneles de Grätzel son traslúcidos, en el centro de convenciones de Lausana son grandes rectángulos como si fueran bandas de cortina. Cuando hay mucho sol se pegan a la ventana y cuando cae la tarde se giran para dejar entrar la luz natural no obstante lo cual ellos continúan produciendo energía eléctrica.

Añadió que otra virtud de los paneles con celdas Grätzel con respecto a los tradicionales es que pueden mantener un buen nivel de producción de energía eléctrica en horas de poca luz, como la caída de la tarde o incluso con luz artificial ambiente. Sostuvo que el pigmento que se necesita para producir un panel con esta nueva tecnología es muy poco, con no más de dos flores de ceibo se puede obtener una solución de color rojo que alcanza para varios de ellos. Además la idea no es arrancar flores vivas o devastar los recursos naturales, sino utilizar las que cayeron del árbol.

La investigadora resaltó que los paneles construidos con las celdas Grätzel se basan en una tecnología muy sencilla de transferir. La etapa de formación de la persona para que arme un panel como estos no insumiría demasiado tiempo. Refirió que no sería imposible pensar en una empresa que produzca estos paneles en Uruguay. «En el país hay gente que sabe de electrónica, de sellado con calor», expresó. Lo que no se consigue en Uruguay en este momento son los vidrios conductores con los que se construyen las celdas de Grätzel. Para elaborar las celdas en el Laboratorio de Biomateriales compran los vidrios en una fábrica de Australia y otra de Suiza. Cerdá aclaró que si se empezaran a demandar estos paneles en Uruguay no cree que los costos fueran tan altos, para un inversor que importara los vidrios de otro país y además habría que indagar si no sería posible elaborarlos a partir del vidrio común a un costo no tan elevado.

La investigadora acotó por otro lado que los paneles solares que se comercializan hoy, se construyen con silicio purificado. El silicio es un mineral cuya disponibilidad es finita y que es necesario extraer de la tierra en mucha cantidad para procesarlo y darle las condiciones necesarias para utilizarlo en estos equipos.

Tecnologías complementarias
Cerdá consideró no obstante que los dos tipos de paneles son complementarios. Para aprovechar la energía al máximo lo ideal sería colocar paneles de silicio en el exterior, que producen al máximo especialmente en las horas de mayor incidencia de luz solar, y paneles con la tecnología Grätzel en el interior de la casa.

Proceso de trabajo
La investigadora recordó que trabajó durante 10 años en la Facultad de Química de la Udelar, donde su línea de investigación era las uniones de complejos de metales con proteínas o biomoléculas. Llegó un momento que en esta temática con lo que tenía disponible en el país no podía aportar mucho más. En el año 2009 cuando las celdas Grätzel se empezaron a conocer más en Uruguay la investigadora se dio cuenta que la estructura de trabajo que usaba para otros electrodos en Facultad de Química, aunque con distintos componentes, era muy similar a la utilizada en esta nueva tecnología. Cerdá refirió que comenzó a investigar las celdas Grätzel este mismo año a partir de la tutoría en la tesis final de una estudiante de la Licenciatura en Bioquímica de la Facultad.

Explicó que en las primeras experiencias encontraron una barrera en sus investigaciones que les impidió lograr en principio que estas celdas funcionaran. Tenían acceso a mucha bibliografía acerca de las celdas Grätzel pero había aspectos que no habían sido difundidos, por tratarse de una tecnología nueva. Esto impedía a los investigadores del equipo de Cerdá llegar al conocimiento completo acerca de las celdas.

La casualidad hizo que Cerdá coincidiera con Grätzel, por esos años en un congreso, habló con él quien aceptó ayudarlos a incorporar los conocimientos de esta tecnología que les faltaban. En el año 2013 con Paula, la estudiante que presentó su tesis y maestría acerca de las Celdas, fueron a Lausana donde vive Grätzel a trabajar en el tema con el investigador. «A partir de ahí para nosotros fue el destrabe y el despegue porque ya entendíamos cómo armarlas y ensamblarlas, una vez que logramos hacer funcionar la primera celda ya después el tema de explorar todos los pigmentos que quisiéramos era simplemente experimentar», dijo Cerdá. Más tarde integrantes del equipo de investigadores de Grätzel estuvieron en Montevideo en la Facultad de Ciencias acompañando el proceso del equipo de Cerdá con lo que pudieron evacuar las pocas dudas que les quedaban.

En esos años la ANII comenzó a invertir muchos fondos en energía y Cerdá presentó el primer proyecto en el tema a uno de los llamados que realizó la ANII en esta área en el 2013 el cual fue seleccionado. Con ese aporte pudieron comprar muchos equipos y materiales sin los cuales la investigación no hubiera sido posible ya que el laboratorio no estaba preparado para trabajar en esta temática. Posteriormente llegaron a un acuerdo de colaboración con el Instituto Antártico. Este vínculo no incluye fondos monetarios pero sí los traslados y la estadía de los investigadores a la Antártida para la recolección de muestras.

Pruebas con pigmentos
Cerdá explicó que el primer pigmento que probaron en las celdas fue la espirulina, muy común en Uruguay porque se vende en cápsulas como complemento proteico, muy usadas por los deportistas. Empezaron por este pigmento porque lo usaban ya en sus prácticas de fisicoquímica, y por ser muy atractivo por su hermoso color azul. Esta sustancia no dio los resultados necesarios para la aplicación en las celdas por lo que se continuó experimentando con otros pigmentos. Se buscaba un componente que diera resultado y que fuera propio de nuestra geografía ya que era la forma de avanzar en la creación de celdas Grätzel por un camino original e innovador que las diferenciara de las del hemisferio norte. Fue así que probaron con el pigmento de la flor de ceibo con el que obtuvieron muy buenos resultados. Más adelante cuando se vincularon con el Instituto Antártico, probaron con pigmentos naturales de la Antártida (de algas y producidos por bacterias de esta región) pero ninguno ha dado los resultados que obtuvieron con la flor de ceibo.

Luego de tener éxito con el pigmento de la flor del ceibo en las celdas individuales pasaron a la creación de pequeños paneles utilizando esta misma sustancia. Cerdá valora este pasaje de la construcción de celdas Grätzel a la de un panel individual que funcione con esta tecnología, como un paso enorme para el equipo de investigadores que trabaja desde hace tanto tiempo en este tema.

Situación actual y aspiraciones a futuro
El tema de los fondos para continuar la investigación ha sido un tema complejo para el equipo, en mayo y junio de 2019 no tenían dinero para comprar más materiales. Se consiguió entonces un fondo de 30000 pesos uruguayos que es lo que permitió destrabar un poco esta situación y continuar el trabajo hasta hoy.

La investigadora manifestó que en la actualidad, luego de todo el proceso de investigación que el equipo ha realizado, tiene dos aspiraciones. Por un lado le interesa que esta tecnología se conozca en Uruguay, que la sociedad sepa que existe y que es posible llevarla a la práctica. Considera que el vínculo con el Instituto Antártico le hizo muy bien al proyecto porque «lo que pasa en Antártida se amplifica muchísimo». Que haya dos paneles funcionando en la Antártida elimina algunas reticencias y miedos de sectores del país que toman las decisiones energéticas en el Uruguay y tienen la posibilidad de invertir en esta tecnología. Cerdá subrayó que la incorporación de estos paneles para abastecer de energía eléctrica a edificios como la Torre de Antel o el Aeropuerto es posible. Aunque no involucraría aportes económicos para el equipo del Laboratorio de la Facultad de Ciencias porque no serían los que los construirían, sí la satisfacción de que sus investigaciones colaboraron para impulsar esta tecnología en Uruguay.

Otra de las aspiraciones de Cerdá es difundir las celdas Grätzel en escuelas y liceos rurales del país. La idea es instrumentar instancias de taller para que los estudiantes aprendan a armar este tipo de tecnología. Aunque los paneles que construyan no tengan la capacidad de los industriales, porque estarán realizados en forma artesanal con los pigmentos naturales, podrían cubrir algunas de sus necesidades energéticas. (algunas luces o cartelería). Esta aspiración está bastante cercana, Cerdá ya recibió algunas consultas aisladas de instituciones educativas del interior y han dado algunas charlas anuales a lo largo de esta investigación sobre el tema. La investigadora valoró estas instancias especialmente en los escolares. Sostuvo que los niños en etapa escolar, a diferencia de los liceales preguntan todo lo que se les pasa por la cabeza, tienen la curiosidad en su máxima potencia y carecen de la reticencia de los estudiantes de secundaria para preguntar, por lo que es muy importante formar a las personas en la Ciencia desde la niñez. «Es importante que los niños vean que es posible obtener energía de algo que uno ya descartó y que este proceso no es tan difícil», concluyó Cerdá.

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Publicado el miércoles 4 de setiembre de 2019

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Celda Grätzel. Foto: Rosana Porteiro-UCUR Celda Grätzel. Foto: Rosana Porteiro-UCUR Celdas Grätzel. Foto: Rosana Porteiro-UCUR María Fernanda Cerdá. Laboratorio de Biomateriales. Foto: Rosana Porteiro-UCUR Celda Grätzel. Foto: Rosana Porteiro-UCUR
 
 

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