Investigadores de la Universidad de Cambridge desarrollan un nuevo tipo de fotovoltaica biológica de dos células

Los investigadores de la Universidad de Cambridge afirman que un nuevo tipo de fotovoltaica biológica de dos células que utiliza células de algas representa un gran paso adelante en la búsqueda de energía más limpia.

Los científicos de la famosa universidad comenzaron su investigación sobre la base de que, durante la fotosíntesis, las algas producen electrones. Algunos de estos electrones se exportan fuera de las células donde pueden proporcionar corriente eléctrica. Las células bio-fotovoltaicas (BPV) que los científicos han desarrollado utilizan las propiedades fotosintéticas de estos microorganismos para convertir la luz en corriente eléctrica.

Lo que diferencia a esta investigación de los hallazgos previos, dicen los investigadores, es que antes de que todas las células BPV ubicaran la carga y el suministro de potencia en un solo compartimiento, los científicos lograron desarrollar un sistema BPV de dos cámaras, donde los dos procesos centrales involucrados en el funcionamiento de una célula solar están separados.

“La carga y la entrega de energía a menudo tienen necesidades opuestas”, explica Kadi Liis Saar, del Departamento de Química. “Por ejemplo, la unidad de carga debe estar expuesta a la luz solar para permitir una carga eficiente, mientras que la parte de entrega de energía no requiere exposición a la luz, pero debe ser efectiva para convertir los electrones en electricidad con pérdidas mínimas”.

La construcción de un sistema de dos cámaras permitió a los investigadores diseñar las dos unidades de forma independiente y, gracias a ello, optimizar el rendimiento de los dos procesos al mismo tiempo.

“Al separar la carga y la entrega de energía, pudimos mejorar el rendimiento de la unidad de entrega de energía gracias a una ‘miniaturización’”, explica Tuomas Knowles del Departamento de Química y del Laboratorio Cavendish. “A escalas en miniatura, los líquidos se comportan de manera muy diferente, lo que nos permite diseñar células que son más eficientes, con menor resistencia interna y menores pérdidas eléctricas”.

Los investigadores usaron algas genéticamente modificadas para transportar mutaciones que permiten a las células minimizar la cantidad de carga eléctrica disipada de manera no productiva durante el proceso de fotosíntesis.

Este nuevo diseño permite al equipo construir una celda BPV con una densidad de potencia de 0,5 W / m2, cinco veces más que la de su diseño anterior. Sin embargo, esta sigue siendo solo una décima parte de la potencia proporcionada por las células de combustible solar convencionales, pero aún proporciona nuevas características atractivas para las células BPV.

“Si bien las células solares basadas en silicio convencionales son más eficientes que las células alimentadas con algas en la fracción de la energía del sol que recurren a la energía eléctrica, existen posibilidades atractivas con otros tipos de materiales”, dice Christopher Howe del Departamento de Bioquímica. “En particular, debido a que las algas crecen y se dividen de forma natural, los sistemas basados en ellas pueden requerir menos inversión de energía y se pueden producir de forma descentralizada”.

Además, la separación de la generación de energía significa que la carga puede almacenarse en lugar de tener que ser utilizada inmediatamente, lo que significa que la energía puede generarse durante el día y utilizarse de noche.

Los científicos enfatizan que aunque este sistema no sería lo suficientemente potente como para alimentar un sistema de red, podría ser particularmente útil en áreas rurales, por ejemplo, en África, donde la luz solar es abundante y en regiones donde no existe un sistema de red eléctrica.

Además, la producción de BPV puede llevarse a cabo directamente por la comunidad local, en contraste con la energía fotovoltaica basada en semiconductores.

“Este es un gran paso adelante en la búsqueda de combustibles alternativos y más ecológicos”, dice Paolo Bombelli del Departamento de Bioquímica. “Creemos que estos desarrollos acercarán los sistemas basados en algas a la puesta en práctica”.

La investigación fue apoyada por Leverhulme Trust, el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas y el Consejo Europeo de Investigación.

 

Artículo de Frederic Brown