Adiós a las placas solares: el bambú transparente capaz de producir más energía y muy resistente en caso de incendio

 

Investigadores desarrollan una madera transparente con tres capas ignífugas que puede proporcionar células solares de perovskita más eficaces.

La madera y el vidrio son dos de los materiales más populares en España gracias a sus múltiples utilidades, principalmente en el sector de la construcción. En concreto, el vidrio de sílice, presente en las ventanas pero también en dispositivos como las placas solares, tiene una producción anual en todo el mundo de unas 130 millones de toneladas, pero sigue enfrentándose a retos como su fragilidad o las emisiones de gases de efecto invernadero que genera durante su proceso de fabricación. ¿Y si la mejor solución fuera utilizar madera para obtener el vidrio?

Es algo que se lleva planteando desde que Siegfried Fink, un botánico alemán, logró crear en 1992 una madera transparente blanqueando los pigmentos de las células vegetales. Después se han llevado a cabo diversas investigaciones, como la que consiguió un material más fuerte que el plástico y más resistente que el cristal a partir de madera, entre las que se enmarcan los últimos avances de un equipo de la Universidad Central del Sur de Silvicultura y Tecnología (CSUFT), en China. En este caso, el origen del material es el bambú natural, con el que, además de una gran resistencia, han logrado una barrera ignífuga de tres capas que reduce eficazmente la liberación de calor y ralentiza la propagación de las llamas.

Los resultados, publicados en la revista Research, demuestran su viabilidad no sólo para sustituir elementos como las ventanas, sino también su utilidad como sustrato para células fotovoltaicas de perovskita, destinadas a sustituir en un futuro próximo a las placas solares de silicio convencionales. Sus elevados valores de transmitancia luminosa conducen a una mejora de más del 15% en la eficiencia de conversión de energía, lo que permitirá fabricar paneles solares más potentes y resistentes.

Vidrio de bambú

La madera transparente no es un material nuevo, aunque todavía está en una fase temprana de desarrollo. Para conseguir que este material utilizado desde los orígenes del ser humano se vuelva cristalino se utiliza una compleja técnica mediante la cual se modifica o elimina la lignina, una sustancia natural que forma parte de la pared celular y que ofrece el tono marrón de la madera. Tras ello, queda un esqueleto blanco lechoso de células huecas que sigue siendo opaco, porque las paredes celulares desvían la luz de forma distinta a como lo hace el aire.

Estas bolsas de aire —que se generan al talar el árbol y evaporarse la humedad— luego se rellenan con una sustancia, por ejemplo, resina epoxi, que se encarga de desviar la luz en un grado similar al de las paredes celulares, logrando que la madera se vuelva transparente.

       Esquema de bambú transparente 

Gracias a las características especiales de esta madera que transmite la luz, como su gran transparencia, su elevada resistencia mecánica o sus propiedades superiores de aislamiento térmico, su producción se ha disparado, pero todavía tiene importantes retos por delante. Los principales obstáculos a los que se enfrenta son la escasez mundial de madera, especialmente en países como China, y su vulnerabilidad frente al fuego, derivada del uso de polímeros en su fabricación.

Ante esos inconvenientes, los investigadores Yiqiang Wu y Caichao Wan identificaron el bambú como la mejor alternativa para la producción de placas de vidrio a partir de madera transparente. Esta especie "presume de una rápida tasa de crecimiento y regeneración, lo que le permite alcanzar la madurez y ser utilizado como material de construcción en 4 a 7 años de crecimiento", según Wan, "con una producción 4 veces superior a la madera por acre (medida equivalente a 0,40 hectáreas), el bambú es reconocido por su excepcional eficiencia".

Además, la composición química y la estructura jerárquica interna del bambú es muy similar a la de la madera. Sus compuestos principales son lignina, celulosa y hemicelulosa ordenadas en canales verticales, lo que les confiere una gran porosidad y permeabilidad, además de una inusitada resistencia. "Esta característica sugiere el uso potencial del bambú en la producción de materiales compuestos transparentes", asegura en un comunicado de prensa Y. Yang, autor principal del artículo y estudiante de doctorado en el laboratorio de Wan.

Resistente al fuego

Tras deslignificar el bambú, los investigadores usaron una técnica de impregnación al vacío para 'añadir' un silicato sódico líquido inorgánico a su estructura. Después, aplicaron un tratamiento hidrófobo al producto intermedio, para conseguir una barrera ignífuga de 3 capas y hacer un material muy resistente frente al fuego.

"Esta estrategia consigue un largo tiempo de ignición de 116 segundos, una baja liberación total de calor de 0,7 MJ/m2, una baja producción total de humo de 0,063 m2 y una baja concentración pico de CO de 0,008 kg/kg", se detalla en el estudio. Además, eso no perjudica las propiedades mecánicas del producto resultante, similares en valores de flexión y tracción a los de otros tipos de madera transparente.

Por último, los investigadores del CSUFT utilizaron el bambú resultante como sustrato para células solares de perovskita. Así, comprobaron su potencial para convertirse en la capa de gestión de la luz de las placas solares del futuro, con una transmitancia luminosa del 71,6% y un valor de niebla del 96,7%, que se traducen en una notable mejora del 15,29% en la eficiencia de conversión de energía.

Todavía quedan retos pendientes para allanar el camino hacia la fabricación a gran escala y permitir otros usos para el bambú transparente, pero los responsables de la investigación se muestran convencidos de que este vidrio ignífugo y ecológico puede revolucionar tanto la industria de la construcción como la de las energías renovables.

Font, article de Ismael Marinero per a "El Español"