Las energías renovables están creciendo a un ritmo rapidísimo. Lo que menos nos esperamos que puede contribuir a la mejora de la eficiencia de la energía limpia acaba siendo lo más útil. Este es el caso de un sorprendente hallazgo realizado por científicos de Estados Unidos y Alemania, que encontraron en las alas de una mariposa negra la clave para mejorar las tecnologías solares. Las alas de esta mariposa están recubiertas por escamas que son capaces de cosechar la luz solar en una amplia gama de ángulos y longitudes de onda. Este descubrimiento ha permitido a los investigadores desarrollar una técnica que aumenta la absorción de las células solares hasta en un 200%.
Pero, ¿cómo pueden pequeños insectos como las mariposas negras estar a la vanguardia del desarrollo tecnológico en energías renovables? Para entender mejor este fenómeno, vamos a profundizar en la investigación y el diseño detrás de este avance revolucionario.
Alas de mariposa negra, una fuente de inspiración
El trabajo ha sido realizado por investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech) y del Instituto Tecnológico de Karlsruh (KIT), publicando los resultados en la revista Science Advances. El estudio se centró en una especie de mariposa negra denominada Pachliopta aristolochiae, que habita en el sur y sureste de Asia. Estas mariposas han desarrollado, a lo largo de la evolución, alas que son extremadamente eficientes a la hora de capturar la luz del sol.
Las escamas presentes en las alas de estas mariposas están estructuradas de manera muy particular, generando una superficie que recoge la luz solar en una amplia gama de longitudes de onda y bajo distintos ángulos. Para las tecnologías de paneles solares basadas en la recolección de luz, este es un hallazgo crucial, ya que las placas solares dependen de la radiación solar que incide directamente sobre ellas. Al replicar esta estructura que permite capturar más luz, los desarrolladores han encontrado una vía para incrementar la eficiencia energética de las células solares.
La estructura de las alas y la biomimética
¿Cuál es el secreto de las alas de estas mariposas? La respuesta reside en su estructura única. Las alas de la Pachliopta aristolochiae poseen crestas microscópicas y perforaciones en forma de nanoagujeros que tienen un tamaño extremadamente pequeño, en el orden de nanómetros. Esto significa que pueden absorber una gran cantidad de la luz incidente, incluso cuando esta llega desde ángulos poco favorables.
Para investigar esta capacidad, los científicos crearon modelos tridimensionales a partir de imágenes microscópicas de las alas de la mariposa negra. Estos modelos en 3D no solo permitieron simular la absorción de luz, sino que también ayudaron a diseñar celdas solares inspiradas en esta estructura. Gracias a la técnica de biomimética, que consiste en imitar soluciones de la naturaleza, los investigadores pudieron replicar estos patrones en capas de silicio amorfo hidrogenado, que es un material común en la fabricación de paneles solares de película delgada.
El diseño resultante mostraba un potencial de aumento del 200% en la absorción de la luz en comparación con otros tipos de células solares. Este fenómeno ocurre principalmente debido al diseño de la estructura, que dispersa la luz a través de los nanoagujeros por todo el espectro solar, maximizando su absorción incluso en ángulos de incidencia no perpendiculares.
Absorción de luz en ángulos variables
La clave del éxito en este diseño radica en la forma en que la luz es dispersada y absorbida. Tradicionalmente, los paneles solares funcionan mejor cuando los rayos solares inciden en ellos de manera perpendicular, lo que limita su eficacia en determinadas horas del día donde el sol no está en su punto más alto.
Gracias al diseño inspirado en las mariposas, las nuevas células solares pueden absorber la luz de manera eficaz incluso cuando los rayos solares inciden en ángulos de hasta 50 grados, lo que incrementa su rendimiento energético a lo largo de todo el día. Además, la estructura porosa de los nanoagujeros en las alas de las mariposas negras no solo mejora la captación de luz, sino que también proporciona una estabilidad mecánica importante, ayudando a que las mariposas mantengan su equilibrio térmico.
En términos de aplicación práctica, este diseño podría incrementar la generación de energía en paneles solares instalados en ubicaciones donde la luz solar nunca incide de forma completamente perpendicular. Países situados en zonas meridionales o ubicaciones con condiciones climáticas variables podrían beneficiarse enormemente de esta tecnología. La técnica es bastante sencilla de implementar en la fabricación de paneles, ya que los científicos tardaron solo diez minutos en aplicar el revestimiento polimérico necesario para replicar la estructura de las alas.
Biomimética y otras aplicaciones
La biomimética, el campo que estudia cómo replicar procesos naturales para resolver problemas tecnológicos, está en auge. El caso de las mariposas negras no es el único ejemplo de cómo la naturaleza puede inspirar la ingeniería moderna aplicada a energías renovables. Otros ejemplos destacados incluyen el uso de escarabajos para mejorar la recolección de humedad del aire o las habilidades adhesivas de los geckos para nuevos tipos de pegamento biodegradable.
En este sentido, muchos de los avances en energías limpias están siendo impulsados por este enfoque. Los paneles solares basados en biomimética no solo son más eficientes, sino que también pueden ser más económicos y sostenibles. Al basarse en principios naturales optimizados durante millones de años de evolución, estos diseños permiten encontrar soluciones más simples y efectivas que las creadas por procesos industriales tradicionales.
De hecho, en el futuro cercano es posible que veamos una proliferación de tecnología basada en biomimética en otros campos, como los dispositivos LED o nuevas formas de almacenamiento de energía. Los científicos del equipo que trabajó en estas células solares ya han recibido fondos adicionales para continuar investigando otras aplicaciones de estos principios en campos como la iluminación de bajo consumo.
El desarrollo de células fotovoltaicas inspiradas en las mariposas negras es solo el comienzo. En un contexto global donde la transición hacia energías renovables es prioritaria para combatir el cambio climático, la aplicación de diseños biomiméticos podría revolucionar la eficiencia energética y contribuir a un futuro más sostenible.
La investigación demuestra que observando de cerca a la naturaleza, particularmente a los insectos, podemos encontrar soluciones más inteligentes y eficientes a problemas tecnológicos. Actualmente, el uso de esta tecnología podría reducir considerablemente el coste de los paneles solares, permitiendo una producción energética más constante y estable en regiones donde la luz solar varía significativamente durante el día.
A medida que aumenta la demanda de soluciones energéticas limpias, tecnologías biomiméticas como la inspirada en las alas de la mariposa negra representan un avance crucial. Estos desarrollos no solo abren nuevas posibilidades para la fabricación de paneles más económicos y eficientes, sino que además multiplican las aplicaciones potenciales en la producción de energía renovable a nivel mundial.
Desconocia lo que se comenta en el articulo , gracias por aclarar un poco sobre el tema , ya que trabajos en la industria de los paneles solares.