Investigan tintes de plantas y microorganismos para generar energía solar

“En la piel de un anfibio o en la pulpa de un caimito podría estar la clave para captar y producir energía solar”. Así

“En la piel de un anfibio o en la pulpa de un caimito podría estar la clave para captar y producir energía solar”.

Así lo plantea un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de Costa Rica (UCR) que se dedica a la búsqueda de un material económico y eficiente capaz de captar la energía del sol para convertirla en electricidad, a partir de sustancias presentes en la naturaleza.

Los científicos realizan pruebas con más de 40 tintes extraídos de plantas y más de 30 microorganismos provenientes de ranas, mariposas y hormigas del país. Su objetivo principal es llegar a ensamblar celdas solares de tercera generación, de bajo costo, y fotosensibilizadas con estas sustancias.

Aunque en la actualidad se comercializan en el país paneles solares con tecnología de primera y segunda generación, estos siguen siendo muy poco accesibles para el consumidor debido al precio elevado, según detalló el Dr. Leslie Pineda Cedeño, coordinador del equipo de investigación.

De ahí la importancia de buscar alternativas para bajar el costo de producción y de instalación de dispositivos fotovoltaicos que generen energía de forma eficiente.

En este proyecto se articula el conocimiento de especialistas en química, biología, biotecnología y microbiología de cuatro centros de investigación de la UCR. Cada equipo está a cargo de una etapa diferente, que va desde la búsqueda de las materias primas y la extracción de pigmentos hasta la optimización y el ensamble de las celdas solares.

En las diferentes fases participan el Centro de Electroquímica y Química (Celeq), el Centro de Investigaciones en Productos Naturales (Ciprona), el Centro de Investigaciones en Estructuras Microscópicas (Ciemic) y el Centro de Investigación en Biología Celular y Molecular (CIBCM).

El grupo está conformado por el Dr. Pineda, Bach. Andrea Soto Navarro y Bach. Natalie Flores Díaz del Celeq; el Dr. Adrián Pinto Tomas, M.Sc. Catalina Murillo Cruz y Bach. Annette Vaglio Garro del Ciemic-CIBCM; y la Dra. Rosaura Romero Chacón, el Lic. Víctor Castro, el Bach. Darío Chinchilla y la estudiante Claudia Escobar Prado del Ciprona.

CELDAS SOLARES

Las celdas solares de tercera generación fotosensibilizadas están inspiradas en el proceso de fotosíntesis de las plantas.

Las celdas fotosensibilizadas con tintes están compuestas por nanopartículas de un semiconductor, como dióxido de titanio, sobre el cual se ancla un tinte. Este pigmento se encarga de atrapar los fotones del sol y así inicia todo el proceso de generación de los electrones y con ello la producción de electricidad.

Lo novedoso de este proyecto es utilizar recursos naturales para celdas solares, considera el Bach. Chinchilla. “Estamos intentando probar si existen pigmentos en la vegetación y en los microorganismos de Costa Rica, que puedan ser utilizados en esas celdas de tercera generación como sensibilizantes”, dijo.

El proyecto además permite experimentar con este tipo de tecnología, aprender cómo se ensamblan las celdas y cuáles deben ser los estándares mínimos para probar otras alternativas con extractos de plantas y de microorganismos.

EN EL LABORATORIO

Para obtener los tintes, los investigadores del Ciprona realizaron giras en todo el país para identificar especies de flores, frutos o troncos que tengan savias bastante coloreadas como las simarubáceas, conostegia, xalapensis, picagnea y otros conocidos comúnmente como el caimito y la jamaica. Se recolectan las plantas y en el laboratorio se extraen varios pigmentos de cada una, los purifican y se comprueba su solubilidad para proceder a probarlos.

Han detectado algunos pigmentos que presentan niveles de eficiencia aceptables y que se tomarán en cuenta para las siguientes etapas de la investigación.

Soto y Chinchilla explicaron que los niveles de eficiencia de los tintes extraídos de plantas por lo general son bajos comparados con otras sustancias sintetizadas en laboratorios para este fin. No obstante, a partir de los compuestos naturales se trabaja para mejorarlos.

“No pretendemos que uno de esos pigmentos sea definitivamente perfecto y eficiente, sino que la naturaleza nos puede dar un molde para luego modificar la estructura y lograr una molécula novedosa, bastante buena para captar los fotones”, afirmó Chinchilla.

MICROORGANISMOS

Además de los tintes de plantas, al proyecto se incorporaron pigmentos de microorganismos de una colección ubicada en el CIBCM y compuesta principalmente por cepas aisladas de muestras de ranas, mariposas y hormigas.

En ese centro los científicos favorecen la producción de pigmentos de los microorganismos y los envían al Ciprona donde se extraen para pruebas de laboratorio en las celdas solares.

Se ha trabajado con microoganismos aislados de ambientes poco comunes, como la piel de anfibios, el intestino de larvas y hormigas. Además, el equipo de investigación trabaja en el aislamiento de microorganismos presentes en el suelo de áreas con una alta incidencia de luz UV, como por ejemplo en las costas y zonas altas.

Se parte de la premisa que estos microorganismos poseen tintes que absorben la luz y que los protegen contra la luz UV, para evaluar su aplicación potencial en dispositivos fotovoltaicos de tercera generación, detalló la M.Sc. Murillo.

El proyecto continuará este año con técnicas de modelado computacional, para mejorar las estructuras químicas de los tintes más prometedores. Si se observa que alguna estructura es realmente eficiente, podría realizarse la síntesis o modificación estructural del pigmento.

La investigación cuenta con el apoyo financiero del Fondo Estatal para la Educación Superior (FEES), la Vicerrectoría de Investigación de la UCR, el Celeq  y el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Telecomunicaciones (Micitt).

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