Nanotecnología

     Muchos autores e investigadores aseguran que es más preciso tratar la nanotecnología más como una amplía tecnología que afecta a muchos campos, análogamente a los plásticos o la electricidad por ejemplo,  que  como una única tecnología.

     Uno de los campos que más se verán beneficiados es, tanto por su crucial importancia como por el capital puesto en juego, el mundo de la alimentación. Los objetivos de la nanotecnología en este campo son varios: por un lado se pretende mejorar el producto de partida, y por el otro el transporte y la posterior transformación de éste. No obstante, como suele ocurrir ante los nuevos productos, la población se muestra recelosa y reclama una regulación estricta y protectora.

     La nanotecnología alimentaria está todavía en fase de "despegue". Aún así, ya se han alcanzado numerosos éxitos en la fase experimental que auguran un enorme futuro a este sector.

     El uso de esta tecnología se inicia en la misma obtención de los productos: nanosensores localizados en distintos puntos del cultivo son capaces de informar sobre las carencias o necesidades de éstos; existen nanochips identificadores de animales y nanopartículas medicamentales que administradas a los animales les permite encontrarse en perfecto estado de salud. Igualmente, se han conseguido progresos en los cambios morfológicos de los alimentos y en sus propiedades físico-químicas. Por ejemplo, estudios en soluciones de biopolímeros, geles y filmes usando nanotecnología pueden incorporar moléculas individuales y ello puede tener impacto en nanosensores, notablemente en azúcares naturales y proteínas de cadena larga.

     Por otra parte, parte de las investigaciones están siendo orientadas a la creación de nuevos agregados a los alimentos en términos de remedios, vitaminas, antibacterias,… En África por ejemplo se ha usado la nanotecnología para mejorar los problemas nutricionales de la población mediante la microencapsulación de nutrientes. Se agregó a la sal común vitamina A, hierro y yodo sin alterar las características organolépticas del cloruro sódico, mediante técnicas de manipulación atómica. El color, olor y sabores son idénticos a la sal no tratada. Los resultados son esperanzadores: se redujo significativamente la anemia y el bocio en niños marroquíes en edad escolar.

     La nanotecnología afecta también al agua, fundamental para la vida tal y como la concebimos. Se han desarrollado nuevos materiales a partir de nanopartículas que actúan como catalizadores hiper-eficientes en la desinfección de las aguas. Además, se han desarrollado una nueva gama de nanofiltros con una eficacia casi del 100% para los contaminantes más comunes. Ambos avances van a afectar de manera considerable tanto al uso del agua como a su reutilización.

     Una vez obtenido el producto, nos interesa su conservación. Tenemos dos campos de acción: tratar el producto en sí o desarrollar envases protectores. La primera opción es la que han puesto en marcha, por ejemplo, las industrias chocolateras. Para prevenir la oxidación del producto debido a la recristalización de la mantequilla del cacao el suizo Windab desarrolló en 1990 una técnica innovadora llamada semilla pre-cristalizada. Estudiando la estructura de los cristales de grasa del cacao, fue capaz de crear una estructura más densa y cristalina que permite una reducción considerable del proceso de oxidación del chocolate, alargando su duración sin afectar a la calidad, consistencia, sabor, olor u otras propiedades. La nanotecnología interviene de manera indispensable en el proceso de cristalización.

     Por otro lado, la empresa inglesa Científica ha descrito la nanotecnología como una nueva alternativa para crear envases de gran calidad y de mejor uso por parte de los consumidores. Éstos interactúan con los productos que contienen preservando la calidad, pudiendo detectar contaminante peligrosos cambiando de color, intercambiando alimentos difíciles de digerir por otros de fácil digestión o introduciendo nano-aditivos al producto final. Empresas como Nestlé, Kraft o Heinz ya invierten en investigación siendo 150 el número de productos nuevos con posibilidad de ser lanzados al mercado próximamente. El hecho de que grandes multinacionales se interesen en invertir en un campo nuevo muestra que se trata de un terreno rentable y próspero.

     Pero la nanotecnología no se restringe únicamente al mundo de los alimentos y sus envases sino que también tiene cabida en el mundo de la cocina. Como indica Jack Uldrich en su artículo Nanotechnology and the Kitchen & Bath of Tomorrow, esta nueva tecnología pretende tener grandes aplicaciones en el mundo de los electrodomésticos. Así pues, no es tan disparatado imaginar una cocina dónde cartones de leche con sensores incorporados nos comunican a través del frigorífico que está próxima la fecha de caducidad y que es necesario comprar un nuevo cartón. Pero no se avanza únicamente en desarrollar electrodomésticos innovadores por el confort que proporcionan: se investigan otros campos como frigoríficos con mayores propiedades antibacterianas por ejemplo.

     Como siempre, ante avances tan revolucionarios existe resistencia por parte de algunos sectores conservadores de la sociedad. Uno de los mayores retos para las empresas es realizar una campaña de concienciación que evite comparaciones como las que actualmente se llevan a cabo entre la nanotecnología y los productos transgénicos. Un estudio realizado en Alemania por el Instituto de Estimación de Riesgos en 2006 confirmó que los consumidores rechazan nuevas tecnologías y exigen más información sobre definiciones, procesos y más investigación. La EFSA (Autoridad Europea para la Seguridad Alimentaria) propondrá en julio un código básico de conducta para las investigaciones. Para algunos es una medida justa aunque de nuevo sectores conservadores reclaman aún más rigidez y control.

Para ampliar la información puede visitar:

http://www.euroresidentes.com/Blogs/noticias/2005/11/nanotecnologa-en-la-cocina-y-el-bao.html

http://www.gastronomiaycia.com/2008/02/14/nanotecnologia-en-la-alimentacion-es-necesaria-una-regularizacion/

http://www.dimarkin.com/

Algunos ejemplos de Nanobiotecnología: 

• Poder celular: Ya existe una nano máquina sumamente compleja y que opera con un motor, construida por Carlo Montemagno (de la Universidad de California en Los Ángeles). En ella una proteína que actúa como motor giratorio de la célula de una bacteria y la conectó a un “nano propulsor”, un cilindro metálico de 750 nm de largo y 150 nm de ancho. El motor biomolecular fue alimentado por el trifosfato de adenosina de la bacteria, (conocido como ATP, la fuente de energía química de las células) y pudo rotar el nano propulsor a una velocidad promedio de ocho revoluciones por segundo. 

• Plástico vivo: Investigadores de materiales en varias partes del mundo están tratando de perfeccionar la manufactura de nuevos tipos de plásticos, produciéndolos por biosíntesis en vez de síntesis química: los nuevos materiales son “cultivados” por bacterias en vez de que los científicos los mezclen en batidoras en sus laboratorios. Pueden conducir hacia el desarrollo de plásticos a partir de fuentes no petroquímicas, revolucionando una importante industria multinacional.

• Glóbulo olímpico: el investigador Robert Freitas está desarrollando un glóbulo rojo artificial capaz de transportar 236 veces más oxígeno hacia los tejidos de lo transportan los glóbulos rojos naturales.24 El glóbulo artificial, llamado “respirocito” mide un micrón (1000 nanómetros) de diámetro y cuenta con una nano computadora integrada, que puede ser reprogramada a control remoto mediante señales acústicas externas.  

Nanobiotecnología: ¿Cuáles son sus implicaciones?  Parece claro que la nanobiotecnología tiene la posibilidad de mejorarar el ambiente y contribuirá al bienestar de la humanidad —especialmente en los sectores alimentario y farmacéutico. Ejemplo de ello es la empresa subsidiaria de Kraft, Philip-Morris, con valor de 34 mil millones de dólares, que ya en 1999 estableció el primer laboratorio de nanotecnología alimentaria de esa industria. En el 2000, Kraft lanzó el consorcio NanoteK, involucrando a 15 universidades y laboratorios de investigación pública, para que se ocuparan de la investigación básica para la tecnología alimentaria. Lista o no, la nanotecnología está en camino. La revolución nanotecnológica está evolucionando silenciosamente más allá del espectro de las regulaciones gubernamentales debido a que las tecnologías nanoescalares pueden aplicarse a prácticamente todos los sectores industriales, ningún organismo regulador tiene directrices sobre ésta. Es necesario, ante todo este avance plantearnos preguntas tales como ¿qué impactos podrían tener las nanopartículas flotando en el ecosistema, o en nuestros alimentos o nuestros cuerpos? ¿Qué pasa si las nanopartículas creadas por humanos son lo suficientemente pequeñas como para que burlen nuestro sistema inmunológico y se introduzcan en las células vivas? ¿Quién las controlará? ¿Los gobiernos no deberían aplicar el Principio Precautorio?.  En este sentido el Grupo de Acción sobre Erosión, Tecnología y Concentración, Grupo ETC, que se dedica a la conservación y desarrollo sustentable de la diversidad cultural y ecológica y a la promoción de los derechos humanos, ha mostrado su preocupación.

Es el otro lado de la ciencia, al igual que la nanobiotecnología es capaz de proporcionar soluciones a enfermedades y facilitarnos la vida, nos puede llevar por el camino armamentístico, esperemos que en el futuro (ya el presente) seamos capaces de orientar esta enorme fuerza por el camino del bienestar.    

El impacto más importante de las tecnologías a nano escala podría resultar de la fusión de la nanotecnología y la biotecnología: una nueva disciplina apenas reconocida, llamada nanobiotecnología, que ya tiene su impacto, como por ejemplo en Estados unidos donde una quinta parte de los negocios nanotecnológicos en los Estados Unidos (el 21%), usa nanobiotecnología para desarrollar productos farmacéuticos, sistemas de administración de medicamentos dentro del cuerpo y otros productos relacionados con la atención de la salud, teniendo en cuenta la creciente inversión en nanotecnología (La NSF predice que el mercado de los productos nanoescalares alcanzará un billón de dólares por año para el 2015), la inversión en esta nueva disciplina es considerable.

Nanobiotecnología: nanotecnología + biotecnología

La nanotecnología es la manipulación de átomos y moléculas para crear nuevos productos. En la nano escala, donde los objetos se miden en millonésimas de milímetro, se difumina la frontera entre lo vivo y lo no vivo. A nano escala, el comportamiento de átomos individuales está regido por la física cuántica. Aunque la composición química de los materiales permanece igual, las partículas nanométricas frecuentemente presentan propiedades muy diferentes e inesperadas. Características fundamentales de la fabricación, tales como el color, la resistencia, la conductividad eléctrica, el punto de fusión, —propiedades que usualmente consideramos en los materiales— pueden cambiar por completo a nano escala.

En sus inicios, los entusiastas de la biotecnología prometieron cultivos con enorme resistencia a enfermedades, con tolerancia a la sequía y cultivos autofertilizables. Los primeros productos genéticamente modificados aparecieron a mediados de 1990, fueron variedades de plantas tolerantes a herbicidas —semillas transgénicas capaces de sobrevivir a los baños de agrotóxicos de alguna corporación. La industria agroquímica reconoció que es mejor negocio adaptar las plantas a los químicos que adaptar los químicos a las plantas (Se deben invertir cientos de millones para lograr que un nuevo agrotóxico pase el laberinto regulatorio y pueda ser comercializado). La industria biotecnológica descubrió recientemente que los cultivos transgénicos pueden ser “fábricas vivientes” para la producción de proteínas terapéuticas, vacunas y plásticos, de una forma más barata y eficiente que construir costosas instalaciones fabriles. Sin embargo no resuelven un grave y persistente problema: que los organismos transgénicos vivos son difíciles de controlar o contener. Un ejemplo de ello ocurrio en Iowa, conde se descubrió que residuos del maíz farmacéutico diseñado para producir una vacuna para cerdos, había contaminado 35 327 litros de frijoles de soja.

Los investigadores de la nanotecnología acuden cada vez más al mundo biomolecular para aprender sus estrategias y para obtener materias primas. La maquinaria de la naturaleza puede brindar el camino para la tecnología de construcción atómica precisamente porque los organismos vivos son capaces de autoensamblarse y en ese sentido son máquinas autorreplicantes ya listas. A la manipulación a nivel nanoescalar que busca fusionar a nano y bio para que la materia inerte y la materia viva sean compatibles y/o intercambiables, se le denomina nanobiotecnología.

Fusiones y adquisiciones: Cuando los ámbitos de lo viviente y lo inerte se fusionen en la nanotecnolgía, ocurrirá de dos formas. La materia biológica será extraída y manipulada para desempeñar funciones de máquina como por ejemplo adaptando partes de virus y bacterias. Y viceversa, se utilizará material no biológico dentro de los organismos vivos para desempeñar funciones biológicas. Los investigadores esperan mezclar lo mejor de ambos mundos, buscan combinar las capacidades de la materia no biológica (como la conductividad eléctrica, por ejemplo) con las capacidades de ciertos tipos de material biológico (autoensamblaje, autorreparación y adaptabilidad, por ejemplo). En la macroescala, los investigadores están ensamblando organismos biológicos para funciones industriales miniaturizadas. Por ejemplo en la Universidad de Tokio cuentan con cucarachas que se pueden controlar por control remoto mediante microchips implantados para localizar víctimas en los desastres.

En 2005 en la Universidad de Pensilvania un grupo de investigadores el grupo dirigido por Craig Grimes, han perfeccionado un sistema para obtener hidrógeno como combustible a partir de luz solar y nanotubos de dióxido de titanio.

El mecanismo es sencillo, basta añadir agua a estos nanotubos y la luz solar al iluminarlos provee de la energía necesaria para que los nanotubos dividan el agua en hidrogeno y oxígeno. Con una formación muy ordenada de nanotubos y luz ultravioleta la eficiencia en la conversión es del 13.1%. Este rendimiento es lo suficientemente bueno como para que el proceso sea rentable económicamente. Lo único que hay que mejorar es la respuesta en frecuencia, pues la luz ultravioleta es sólo una parte del espectro solar, y sería imprescindible hacer que el sistema operase también en luz visible. Una manera muy conocida de conseguir esto es añadir un tinte que hace las veces de “intercambiador de frecuencias”.

Las formaciones ordenadas de nanotubos de dióxido de titanio ya demostraron su eficacia en células solares productoras de electricidad cuando actúan como electrodo negativo junto con un tinte. Este tipo de célula tiene la ventaja de que es muy barata en comparación con las habituales de silicio cristalino.

Según los autores las formaciones de nanotubos de titania proveen de un excelente camino para la percolación de electrones, funcionando como “autopistas de electrones” cuando son iluminados. Los resultados sugieren que las células solares de tinte basadas en nanotubos de titania pueden ser altamente eficaces con solo alargar la longitud de dichos nanotubos usando un tinte altamente eficiente

No sólo se queda aquí la investigación sino que también podemos encontrar nuevos diseños de paneles solares basados en nanotecnología, como por ejemplo

- una matriz de nano-torres constituidas por nanotubos de carbono, son tridimensionales y producen una cantidad 60 veces superior de electricidad que las células solares comunes

- paneles solares de silicio en una disposición esférica, los cuales siguen teniendo sólo un 12% de eficiencia, pero sólo tienen una quinta parte silicio, lo que hace que se reduzcan los costes, además necesitan la mitad de energía que los paneles solares convencionales para fabricarse.

- diseño en forma de nano escamas, que tienen el potencial de convertir hasta el 30 por ciento de la luz solar en electricidad (el doble del rendimiento habitual), se reducen los costos de producción porque se usa poco silicio en el proceso.

En un artículo del Wall Street Journal titulado "Solar Power Heats Up" ya se habla de como las células solares no sólo han llegado a ser más eficiente durante los últimos años, sino que combinadas con unos costes de instalación más bajos y una variedad de exenciones de impuestos, la economía de las células solares ha cambiado de la forma en la que prefieren los consumidores.

El problema de la energía y la energía solar clásica

En la actualidad, la mayor fuente de energía se deriva de la quema de carburantes que contienen carbón. Este proceso suele ser poco eficiente, no renovable y además conlleva efectos secundarios nocivos para el medio ambiente.

La energía solar supondría una alternativa factible de energía en muchas zonas del mundo si el coste de su producción y los terrenos necesarios para generarla fuesen suficientemente económico y los sistemas de almacenamiento suficientemente eficaces (los costes son hasta 10 veces mayores que la generación de energía tradicional). Y respecto al almacenamiento, la energía se puede almacenar de forma eficiente, entre otras, de las siguientes maneras:

·         durante algunos días en flywheels relativamente grandes construidos de diamante fino con un peso de agua,

·         mediante electrólisis y recombinación del agua (pilas de combustible) que ofrecen una energía escalable, almacenable y transportable. El problema es almacenar y transportar de forma eficiente y segura el hidrógeno a gran escala.

La energía de luz solar directa supone aproximadamente 1kv por metro cuadrado. Si esto se divide por 10, teniendo en cuenta las horas de noche, días nublados y problemas de sistema, la demanda actual del mercado norteamericano (unos 10 kv por persona) requeriría unos 100 metros cuadrados de superficie por persona. Si se multiplica esta cifra por una población de 325 millones de personas, el resultado es la necesidad de cubrir aproximadamente 12.500 millas cuadradas con coletores solares (todo esto teniendo en cuenta que los rendimientos típicos de una célula fotovoltaica (aislada) de silicio policristalino oscilan alrededor del 10% y mediante células de silicio monocristalino, los valores oscilan alrededor del 15%).

Avances en energía solar utilizandola nanotecnología como solución

En el año 2000 se publica por los científicos de Los Alamos National Laboratory, dirigidos por el científico Victor Klimov, los resultados obtenidos en la investigación sobre la multiplicación de portadores en nanocristales de seleniuro de plomo sometidos a pulsos de láser de muy corta duración. Descubrieron que la aportación de un solo fotón podía producir dos e incluso tres electrones. La multiplicación de portadores depende de las fuertes interacciones entre los electrones, apretados dentro del diminuto volumen de una partícula de semiconductor a escala nanométrica, por lo que es el tamaño de la partícula y no su composición, quien determina la eficiencia del efecto.

Este hallazgo se encaminó hacia tecnologías fotovoltaicas, ya que de confirmase que un fotón podría producir dos o tres electrones, se estaría multiplicando por dos o por tres la generación de electricidad en nuevos módulos solares fotovoltaicos.

En 2005, y esta vez investigadores de Berkeley Lab y Lawrence Berkeley National Laboratory, han conseguido fabricar una célula solar hecha con nanocristales inorgánicos.

El diseño está basado en nanocristales de seleniuro de cadmio y teluro de cadmio, y la idea consiste en combinar varias técnicas de disoluciones, que normalmente se emplean en la fabricación de células solares orgánicas, con la robustez de los materiales empleados en sistemas inorgánicos. Estas células solares son tan baratas y fáciles de fabricar como las hechas de polímeros orgánicos, ofreciendo la ventaja de que son más estables en el aire, responden a un ancho de banda mayor y tienen mejor capacidad de transporte de carga eléctrica.

Aunque el prototipo presenta una eficiencia del 3% al convertir luz en electricidad, muy lejos de la tecnología del silicio, los investigadores ya están dando pasos para perfeccionar su prototipo y la eficiencia de la conversión. No obstante, y con la baja eficiencia actual, este sistema sería capaz de generar 710.000 MW, si todo el espacio disponible en las azoteas de EEUU estuviesen cubiertas con esta fina película fotovoltaica. Esta cifra representa las tres cuartas partes de la electricidad que el país genera actualmente. Hay que destacar también como único elemento negativo, que el cadmio es un metal pesado y altamente contaminante.

Estas células solares nanocristalinas o nanoestructuradas de colorante, se construyen a partir de suspensiones coloidales de un óxido de amplio ancho de banda prohibida (TiO₂, ZnO) que actúa como conductor electrónico, un pigmento orgánico u órgano-metálico sensible para absorber la luz del sol (análogo a la clorofila en la fotosíntesis), y un electrolito (LiI e I₂ en un disolvente orgánico) que contiene un par redox (I₃ /I-) y que permite el transporte de huecos.

El mecanismo de funcionamiento es muy sencillo: cuando se produce la fotoexcitación del pigmento, éste inyecta un electrón a la banda de conducción del TiO₂, y posteriormente el pigmento oxidado se regenera por transferencia electrónica desde iones I^– en la disolución. Los iones I₃^– formados en este proceso difunden al electrodo recubierto de platino, donde se les reduce rápidamente a I^–. Mientras el pigmento permanezca estable, la secuencia de etapas se desarrolla sin cambio químico neto, es decir, se trata de una célula regenerativa. Bajo iluminación, el semiconductor de TiO₂ contiene una única clase de especie fotogenerada, los electrones inyectados por el pigmento, mientras que los huecos realizan el transporte de carga positiva en la fase líquida.

De esta manera estas células son capaces de convertir la luz en electricidad con una eficiencia de más del 11%, utilizando mecanismos de transferencia electrónica similares a los que ocurren durante la fotosíntesis en las plantas.

Además, las células grätzel presentan una serie de ventajas frente a las células fotovoltaicas convencionales: por un lado, su tamaño ínfimo permitiría proyectarlas en un spray (compuesto por un baño de polímeros) generando un revestimiento de células solares nanocristalinas que se emplearía para cubrir los techos de acero de almacenes, fábricas, y otros edificios, convirtiéndolos en auténticos paneles solares.

Por otro lado, su fabricación es de bajo coste, pues carecen de silicio, un producto caro. Actualmente, la mayoría de las células fotovoltaicas son de silicio monocristalino de gran pureza, material que se obtiene a partir de arena. Sin embargo, su purificación es un proceso muy costoso.

Des esta manera se podría conseguir que la energía solar se convierta en una alternativa barata y factible.

Con el paso de los años, el crecimiento acelerado de la civilización, y el deseo irrefrenable de sostener el nivel de vida adquirido por los países desarrollados, ha ido aumentando inevitablemente la demanda de energía.

Hasta ahora la mayoría de la energía se obtiene a partir de los combustibles fósiles. No obstante, se trata de un recurso escaso que provoca consecuencias nefastas para el efecto invernadero, por lo que en los últimos años ha ido creciendo la preocupación por encontrar fuentes de energía alternativas.  

Para reducir las emisiones de efecto invernadero, sería necesario introducir nuevas tecnologías más eficientes y menos contaminantes, especialmente a nivel energético, con la sustitución progresiva de los actuales combustibles, carbón, petróleo o gas natural por otros con tasas de emisión más bajas y la potenciación de fuentes de energía renovables.

En esta vía, ha ido aumentando el interés por fuentes de energía alternativas como la energía solar. No obstante, partiendo de las tecnologías actuales, el aprovechamiento de la energía solar resulta más caro que la generación de energía tradicional.

Desde antiguo se conoce que el sol es la fuente de energía para toda la vida de la tierra. Las hojas de las plantas se pueden considerar como diminutas fábricas en las que a través de la luz del sol se transforman el dióxido de carbono y el agua en moléculas vitales como son los hidratos de carbono y el oxígeno a través del proceso de la fotosíntesis.

Por ello, desde los años 70, se ha intentado conseguir células solares mejores basadas en este principio. De esta forma surgen las células solares fotoelectroquímicas (conocidas como células de Grätzel o células DSC –Dye Solar Cell-) basadas en semiconductores nanoestructurados sensitivizados con colorante.

Funcionamiento Básico:

Las células solares son diodos construidos de una manera especial. La lámina de Si-n se coloca arriba y es muy fina, la de Si-p debajo y es más gruesa. La luz incide en la lámina de Si-n. Los fotones incidentes comunican su energía a los electrones que saltan a la banda de conducción, originándose, con ello, también huecos. Debido a la diferencia de potencial en la unión “np” los electrones son repelidos hacia la superficie de arriba de la lámina de Si-n alejándose de la unión; y al contrario, los huecos son arrastrados al Si-p. Como resultado entre las superficies externas de ambas láminas de Si aparece una diferencia de potencial, que suele ser de 0.5 ó 0,6 Voltios.

Si conectamos la célula solar a un circuito externo, tendremos una corriente eléctrica. Para obtener mayores diferencias de potencial se conectan varias células solares en serie. Si lo que queremos es obtener mayores intensidades de corriente, las células solares se conectan en paralelo. Los paneles solares que se utilizan en las instalaciones solares llevan conectadas en serie y en paralelo las células solares necesarias para conseguir los valores deseados (en torno a 12 V y 0,5 A).

Por lo tanto, la energía que tiene el fotón incidente es transferida a los electrones, originándose, una diferencia de potencial que puede aplicarse a un circuito exterior, convirtiendo la energía solar en energía eléctrica. Una célula solar es capaz de convertir hasta un 30% de energía solar en eléctrica (de un día).

¿Cómo aprovechar las células solares?

Hoy en día se ha puesto de moda el término “huerta solar”, (aunque el concepto fue creado y patentado por Acciona), este es un recinto o espacio en el que pequeñas instalaciones fotovoltaicas de diferentes titulares comparten infraestructuras y servicios, con el fin de minimizar costes y tener una mayor producción de energía eléctrica. Cabe mencionar que con una hectárea de huerta solar (incluidos paneles, centros de transformación, inversores, caminos de acceso, vallado…) se puede suministrar la energía que consumen 100 familias.

La huerta solar de Monte Alto de Milagro, en Navarra, es la instalación fotovoltaica de mayor producción en el mundo. Fue promovida por Acciona Solar. Tiene una superficie de 51 hectáreas, una producción de 14 millones de Kilowatios/ hora anuales y una inversión total de 65 millones de euros, distribuida entre 753 propietarios.

En general el proceso que se lleva  acabo dentro de la célula fotovoltaica es que la luz puede ionizar los átomos en el silicio produciéndose un campo interno que separa electrones de huecos dentro del dispositivo. Aunque estas cargas se atraen,  sólo se pueden recombinar pasando a través de un circuito externo por fuera del material debido a la aparición de la barrera producida por el potencial interno.

De modo que si se diseña el circuito se puede producir una corriente partiendo de las celdas iluminadas al tener que pasar los electrones libres por el circuito para recombinarse con los agujeros positivos.

            Efecto fotovoltaico en una célula solar

Mediante la nanotecnología, se pone a prueba cómo un material genera, captura, transporta y almacena electrones libres y para ello existen dos métodos nanotecnológicos  que diseñan los  materiales de constituyen las celulas solares.

El primero de ellos, utiliza películas delgadas de nanopartículas de óxido de metal, es decir, por ejemplo se utilizaría dióxido de titanio dopado con otros elementos, en este caso, se ha utilizado nitrógeno.

La otra posibilidad que existe o método emergente, es el uso de los puntos cuánticos quienes absorben fuertemente la luz visible. Tanto el dopado de los materiales como la sensibilización de los mismos con puntos cuánticos hacen que se incremente la absorción de la luz solar por parte de los materiales de la célula, los óxidos metálicos.

Existe otra tercera posibilidad que no es otra que la de combinar las dos primeras, cuya investigación  ha llevado a cabo el profesor de química Jin Zhang en la Universidad de   California en Santa Cruz, de modo se puede crear una película de óxido de metal dopada con nitrógeno (el dopado con nitrógeno permite absorber energía luminosa en una amplia zona del espectro electromagnético) y a la vez, sensibilizada con puntos cuánticos( los puntos cuánticos incrementan la absorción de luz visible y estimulan la corriente fotoeléctrica y la conversión de energía) demostrándose que poniéndolo a prueba los resultados son todavía mejores que con la aplicación de los dos primeros métodos por separado. Así, parece ser que ambos métodos sumas esfuerzos para capturar los fotones del sol obteniéndose mayor eficacia.

Estos primeros pasos hacen prever que la nanotecnología va  a poder permitir incrementar la eficiencia de la conversión en las células solares basadas en nanomateriales.

La nanotecnología es una palabra que define las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala que estudia, diseña, crea, sintetiza y manipula, materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nanoescala, de modo que explota fenómenos y propiedades de la materia a nanoescala.

De modo que manipulando la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas  por lo que se utiliza para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y sobre todo poco costosos con propiedades únicas.

Un ejemplo donde se utiliza la nanotecnología para obtener productos más baratos e incluso más eficientes mediante nanoestructuras es el de las células solares.

Para comenzar, hay que tener claro qué es una célula fotovoltaica. Pues bien, es un sistema semiconductor que absorbe luz, que es, la luz solar, y la convierte en energía eléctrica en sistemas fotovoltaicos fabricados con materiales semiconductores, de modo que, la célula solar convierte los fotones del sol en una corriente eléctrica.

El efecto fotovoltaico fue identificado por primera vez en 1839 por Becquerel quien observó  que la tensión que aparecía entre dos electrodos inmersos en electrolito dependía de la intensidad de luz que incidiese sobre ellos. Pero hasta 1954 no se diseñó la primera célula solar moderna, por Chapin, que fue de silicio. Al comienzo de estas investigaciones el principal motivo de su estudio era la de poder aplicarlas como fuente de suministro de energía a satélites espaciales, mientras que hoy en día, se espera que las células fotovoltaicas contribuyan al suministro de energía limpia

Volviendo a la explicación de lo que es una célula fotovoltáica, diremos que se basan en un efecto (fotovoltaico) en el cuál la luz que incide sobre el dispositivo semiconductor produce una diferencia del potencial entre las capas del mismo capaz de conducir una corriente a través de un circuito externo.