El electrón es una partícula subatómica de tipo fermiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones.
Los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente eléctrica en la mayoría de los metales. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química ya que definen las atracciones con otros átomos.
La existencia del electrón fue postulada por G. Johnstone Stoney, como una unidad de carga en el campo de la electroquímica. El electrón fue descubierto por Joseph John Thomson en 1905 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos. Influenciado por el trabajo de Maxwell y el descubrimiento de los rayos X, dedujo que en el tubo de rayos catódicos existían unas partículas con carga negativa que denominó corpúsculos.
Aunque Stoney había propuesto la existencia del electrón. fue Thomson quien descubrió su carácter de partícula fundamental. Para confirmar la existencia del electrón era necesario medir sus propiedades, en particular su carga eléctrica. Este objetivo fue alcanzado por Millikan en el célebre experimento de la gota de aceite realizado en 1909.
George Paget Thomson, hijo de J.J. Thomson, demostró la naturaleza ondulatoria del electrón al lograr difractar los electrones al atravesar una lámina de metal. Dicho experimento condujo a la aparición de un patrón de interferencia como el que se obtiene en la difracción de ondas como la luz, probando la dualidad onda corpúsculo la mecánica cuántica postulada en 1926 por De Broglie. Este descubrimiento le valió el Premio Nobel de Física de 1937.
El espín del electrón se observó por vez primera en el experimento de Stern y Gerlach. Su carga eléctrica puede medirse directamente con un electrómetro y la corriente generada por su movimiento con un galvanómetro.
Seis años antes de los descubrimientos de Thomson, el físico irlandés Stoney había propuesto la existencia de estas partículas, pero no lo había podido comprobar. Como asumía que la partícula tenía carga eléctrica, la denominó electrón. Posteriormente, otros científicos demostraron experimentalmente que estas partículas o electrones, tienen una masa 2000 veces menor que el átomo de hidrógeno.
El electrón es un tipo de partícula subatómica denominada leptón, que se cree que es una de las partículas fundamentales (es decir, que no puede ser dividida en constituyentes más pequeños) de acuerdo con el modelo estándar de partículas.
Como para cualquier partícula subatómica, la mecánica cuántica predice un comportamiento ondulatorio de los electrones en ciertos casos, el más famoso de los cuales es el experimento de Young de la doble rendija en el que se pueden hacer interferir ondas de electrones. Esta propiedad se denomina dualidad onda corpúsculo.
El electrón tiene una carga eléctrica negativa de −1,6 × 10−19 coulombs y una masa de 9,1 × 10−31 kg (0,51 MeV/c2), que es aproximadamente 1800 veces menor que la masa del protón. El electrón tiene momento angular intrínseco o espín de 1/2 (en unidades de Planck). Dado que el espín es semientero los electrones se comportan como fermiones, es decir, colectivamente son descritos por la estadística de Fermi-Dirac.
Aunque la mayoría de los electrones se encuentran formando parte de los átomos, los hay que se desplazan independientemente por la materia o juntos formando un haz de electrones en el vacío. Cuando los electrones que no forman parte de la estructura del átomo se desplazan y hay un flujo neto de ellos en una dirección, forman una corriente eléctrica.
En algunos superconductores, los electrones que generan la corriente eléctrica se mueven en pareja o pares de Cooper. La electricidad estática no es un flujo de electrones. Es más correcto definirla como "carga estática", y es causada por un cuerpo cuyos átomos tienen más o menos electrones de los necesarios para equilibrar las cargas positivas de los núcleos de sus átomos.
Cuando hay un exceso de electrones, se dice que el cuerpo está cargado negativamente. Cuando hay menos electrones que protones el cuerpo está cargado positivamente. Si el número total de protones y electrones es equivalente, el cuerpo está en un estado eléctricamente neutro.
Los electrones y los positrones pueden aniquilarse mutuamente produciendo un fotón. De manera inversa, un fotón de alta energía puede transformarse en un electrón y un positrón.
El electrón es una partícula elemental, lo que significa que no tiene una subestructura (al menos los experimentos no la han podido encontrar). Por ello suele representarse como un punto, es decir, sin extensión espacial.
Sin embargo, en las cercanías de un electrón pueden medirse variaciones en su masa y su carga. Esto es un efecto común a todas las partículas elementales: la partícula influye en las fluctuaciones del vacío en su vecindad, de forma que las propiedades observadas desde mayor distancia son la suma de las propiedades de la partícula más las causadas por el efecto del vacío que la rodea.
Hay una constante física llamada radio clásico del electrón, con un valor de 2,8179 × 10−15 m. Es preciso tener en cuenta que éste es el radio que se puede inferir a partir de la carga del electrón descrito desde el punto de vista de la electrodinámica clásica, no de la mecánica cuántica. Por lo tanto esta constante se refiere a un concepto desfasado, aunque útil para algunos cálculos.
En la mecánica cuántica, el electrón es descrito por la ecuación de Dirac, mientras que el comportamiento colectivo de los electrones viene descrito por la estadística de Fermi-Dirac. En el modelo estándar de la física de partículas forma un doblete con el neutrino, dado que ambos interaccionan de forma débil. En la naturaleza existen además otros dos "electrones masivos", el muón y el tauón, con propiedades similares al mismo aunque sin embargo son partículas diferentes, que tienen una corta existencia y se desintegran muy rápidamente.
El equivalente al electrón en la antimateria, su antipartícula, es el positrón, que tiene la misma cantidad de carga eléctrica que el electrón pero positiva. El espín y la masa son iguales en el electrón y el positrón. Cuando un electrón y un positrón colisionan, tiene lugar la aniquilación mutua, originándose dos fotones de rayos gamma con una energía de 0,500 MeV cada uno.
Los electrones son un elemento clave en el electromagnetismo, una teoría que es adecuada desde un punto de vista clásico, aplicable a sistemas macroscópicos.
lunes, 23 de junio de 2008
domingo, 22 de junio de 2008
¿Que es un foton?
Los físicos han podido establecer que cuando un rayo de luz es absorbido por la materia, la energía que ésta retiene son cantidades finitas, o quantos. Un quanto de luz es llamado fotón.
El fotón puede definirse también como la partícula de luz más pequeña.
Max Planck y Albert Einstein obtuvieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento de que la luz, que muchas veces se comporta como una onda, a veces se comporta como si estuviera compuesta por un haz de pequeñas partículas o cuantos de energía.
La energía E de un fotón se expresa mediante la ecuación E = h*u, donde h es una constante universal (la constante de Planck) y u es la frecuencia (número de oscilaciones por segundo) de la luz.
El fotón puede definirse también como la partícula de luz más pequeña.
Max Planck y Albert Einstein obtuvieron el Premio Nobel de Física por su descubrimiento de que la luz, que muchas veces se comporta como una onda, a veces se comporta como si estuviera compuesta por un haz de pequeñas partículas o cuantos de energía.
La energía E de un fotón se expresa mediante la ecuación E = h*u, donde h es una constante universal (la constante de Planck) y u es la frecuencia (número de oscilaciones por segundo) de la luz.
¿Que es la clorofila?
Las clorofilas son una familia de pigmentos que se encuentran en las cianobacterias y en todos aquellos organismos que contienen plastos en sus células, lo que incluye a las plantas y a los diversos grupos de protistas que son llamados algas.
La función de las clorofilas es la absorción de energía luminosa en la variante de la fotosíntesis que llamamos fotosíntesis oxigénica, la que es característica de los organismos antes enumerados.
El principal papel de las clorofilas en la fotosíntesis es la absorción de fotones de luz con la consiguiente excitación de un electrón. Ese electrón excitado cede su energía, volviendo al estado normal, a algún pigmento auxiliar (a veces otras clorofilas), donde se repite el fenómeno. Al final el electrón excitado facilita la reducción de una molécula, quedando así completada la conversión de una pequeña cantidad de energía luminosa en energía química, una de las funciones esenciales de la fotosíntesis.
Además del papel citado, el de pigmento primario de la antena fotosintética, las clorofilas abundan en los fotosistemas como pigmentos auxiliares, los que se van transfiriendo la energía de excitación de la manera mencionada en el párrafo anterior.
La estructura de la molécula de clorofila tiene dos partes: un anillo de porfirina (sustituida con pequeños grupos enlazados, sustituyentes) y una cadena larga llamada fitol.
El anillo de porfirina es un tetrapirrol, con cuatro anillos pentagonales de pirrol enlazados para formar un anillo mayor que es la porfirina. La hemoglobina de la sangre y otras proteínas contienen también una porfirina, que en ese otro caso constituye lo principal de un grupo hemo; y también se encuentra porfirina en la estructura de la vitamina B12. El grupo hemo contiene un átomo de hierro (Fe); la porfirina de la clorofila lleva en lugar equivalente un átomo de magnesio (Mg2+). La absorción de determinados picos del espectro de radiación es una propiedad de aquellas moléculas orgánicas que contienen dobles enlaces conjugados (dobles enlaces alternando con enlaces simples); puede verse en las fórmulas desarrolladas contiguas que el anillo porfirínico es rico en tales enlaces.
El fitilo (o resto de fitol; llamamos resto o residuo a la parte de una molécula incorporada a la estructura de otra mayor) es una cadena hidrocarbonada con restos de metilo (-CH3) a lo largo. Tiene, como todas las cadenas orgánicas basadas sólo en C e H, un carácter “hidrófobo”; es decir, que repele al agua. La cadena del fitilo sirve para anclar la molécula de clorofila en la estructura anfipática de los complejos moleculares en que residen las clorofilas.
Las clorofilas se encuentran en las membranas de los tilacoides, que en las cianobacterias son invaginaciones de la membrana plasmática, y en los plastos de las célula eucarióticas son vesículas distribuidas por su interior. Las clorofilas aparecen insertas en la membrana, a las que se anclan por la cadena lateral constituida por un resto de fitol, asociadas a proteínas y otros pigmentos, con los que forman los fotosistemas.
Cada fotosistema contiene alrededor de 200 moléculas de clorofila, además de pigmentos auxiliares, con los que constituye la llamada antena. La antena está formada por conjuntos ordenados de moléculas de clorofila, otros pigmentos y proteínas, que se llaman complejos colectores de la luz. Sólo una molécula de clorofila a en cada fotosistema convierte propiamente la energía radiante (luz) en energía química, cuando recibe un fotón con energía suficiente desde las moléculas de la antena, que se la van pasando.
Las clorofilas tienen típicamente dos picos de absorción en el espectro visible, uno en el entorno de la luz azul (400-500 nm de longitud de onda), y otro en la zona roja del espectro (600-700 nm); sin embargo reflejan la parte media del espectro, la más nutrida y correspondiente al color verde (500-600 nm). Esta es la razón por la que las clorofilas tienen color verde y se lo confieren a los organismos, o a aquellos tejidos, que tienen cloroplastos activos en sus células, así como a los paisajes que forman.
Fuera de las plantas verdes, que son de este color, las clorofilas van acompañadas de grandes cantidades de pigmentos auxiliares, principalmente carotenoides y ficobilinas, que son de distinto color y dominan el conjunto, tiñendo al organismo de colores como el amarillo dorado típico de los cromófitos, o el rojo púrpura de las algas rojas.
La función de las clorofilas es la absorción de energía luminosa en la variante de la fotosíntesis que llamamos fotosíntesis oxigénica, la que es característica de los organismos antes enumerados.
El principal papel de las clorofilas en la fotosíntesis es la absorción de fotones de luz con la consiguiente excitación de un electrón. Ese electrón excitado cede su energía, volviendo al estado normal, a algún pigmento auxiliar (a veces otras clorofilas), donde se repite el fenómeno. Al final el electrón excitado facilita la reducción de una molécula, quedando así completada la conversión de una pequeña cantidad de energía luminosa en energía química, una de las funciones esenciales de la fotosíntesis.
Además del papel citado, el de pigmento primario de la antena fotosintética, las clorofilas abundan en los fotosistemas como pigmentos auxiliares, los que se van transfiriendo la energía de excitación de la manera mencionada en el párrafo anterior.
La estructura de la molécula de clorofila tiene dos partes: un anillo de porfirina (sustituida con pequeños grupos enlazados, sustituyentes) y una cadena larga llamada fitol.
El anillo de porfirina es un tetrapirrol, con cuatro anillos pentagonales de pirrol enlazados para formar un anillo mayor que es la porfirina. La hemoglobina de la sangre y otras proteínas contienen también una porfirina, que en ese otro caso constituye lo principal de un grupo hemo; y también se encuentra porfirina en la estructura de la vitamina B12. El grupo hemo contiene un átomo de hierro (Fe); la porfirina de la clorofila lleva en lugar equivalente un átomo de magnesio (Mg2+). La absorción de determinados picos del espectro de radiación es una propiedad de aquellas moléculas orgánicas que contienen dobles enlaces conjugados (dobles enlaces alternando con enlaces simples); puede verse en las fórmulas desarrolladas contiguas que el anillo porfirínico es rico en tales enlaces.
El fitilo (o resto de fitol; llamamos resto o residuo a la parte de una molécula incorporada a la estructura de otra mayor) es una cadena hidrocarbonada con restos de metilo (-CH3) a lo largo. Tiene, como todas las cadenas orgánicas basadas sólo en C e H, un carácter “hidrófobo”; es decir, que repele al agua. La cadena del fitilo sirve para anclar la molécula de clorofila en la estructura anfipática de los complejos moleculares en que residen las clorofilas.
Las clorofilas se encuentran en las membranas de los tilacoides, que en las cianobacterias son invaginaciones de la membrana plasmática, y en los plastos de las célula eucarióticas son vesículas distribuidas por su interior. Las clorofilas aparecen insertas en la membrana, a las que se anclan por la cadena lateral constituida por un resto de fitol, asociadas a proteínas y otros pigmentos, con los que forman los fotosistemas.
Cada fotosistema contiene alrededor de 200 moléculas de clorofila, además de pigmentos auxiliares, con los que constituye la llamada antena. La antena está formada por conjuntos ordenados de moléculas de clorofila, otros pigmentos y proteínas, que se llaman complejos colectores de la luz. Sólo una molécula de clorofila a en cada fotosistema convierte propiamente la energía radiante (luz) en energía química, cuando recibe un fotón con energía suficiente desde las moléculas de la antena, que se la van pasando.
Las clorofilas tienen típicamente dos picos de absorción en el espectro visible, uno en el entorno de la luz azul (400-500 nm de longitud de onda), y otro en la zona roja del espectro (600-700 nm); sin embargo reflejan la parte media del espectro, la más nutrida y correspondiente al color verde (500-600 nm). Esta es la razón por la que las clorofilas tienen color verde y se lo confieren a los organismos, o a aquellos tejidos, que tienen cloroplastos activos en sus células, así como a los paisajes que forman.
Fuera de las plantas verdes, que son de este color, las clorofilas van acompañadas de grandes cantidades de pigmentos auxiliares, principalmente carotenoides y ficobilinas, que son de distinto color y dominan el conjunto, tiñendo al organismo de colores como el amarillo dorado típico de los cromófitos, o el rojo púrpura de las algas rojas.
¿Que es la fotosintesis?
La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas verdes, las algas y algunas bacterias utilizan para su desarrollo, crecimiento y reproducción a la energía de la luz. Consiste en la transformación de la energía lumínica en química que hace que la materia inorgánica (agua y dióxido de carbono) se vuelva orgánica. Los estamos de las hojas de la plantas absorben los gases que contiene la atmósfera como el dióxido de carbono y que se combina con el agua que hay dentro de las células de la planta. Se forman almidones nutritivos para la planta y se liberan hacia el exterior el oxígeno. Los seres vivos que realizan este proceso se les llama fotoautótrofos.
Los fotoautótrofos contienen en su organismo un organelo llamado cloroplasto que es el encargado de ejecutar la fotosíntesis. En cloroplasto están las clorofilas que captan la luz del exterior y la almacenan en dos moléculas orgánicas, esta fase la llaman fase lumínica. La segunda fase, llamada fase oscura o ciclo de Calvin, ocurre en el estroma, y es donde la las dos moléculas son asimiladas al dióxido de carbono de la atmósfera y luego utilizadas para producir hidratos de carbono que más tarde será el almidón para exclusivo desarrollo, crecimiento y reproducción de la planta.
Lo descrito anteriormente se resume con la siguiente ecuación química:
Dióxido de carbono + Agua + Luz → Hidratos de carbono + Oxígeno
Concluido el proceso de la fotosíntesis, la planta utiliza el almidón producido y los combina con las sales minerales y el agua extraída de la tierra realizando una serie de reacciones químicas para más tarde formar lo que se llama la savia elaborada. Esta savia circula por toda la planta con el fin de alimentarla, también, gran parte de ella es almacenada.
La fotosíntesis es el proceso más importante para la naturaleza pues gracias a ella no sólo existen las plantas, sino que toda la vida en la Tierra. Se crean nutrientes como los carbohidratos, más tarde aminoácidos, nucleótidos, entre otros. Además, la energía solar es acumulada por la planta y al ser ésta ingerida por los seres vivos, la energía se libera, siendo ésta utilizada para mantener los procesos vitales del organismo. A fin de cuenta las plantas alimentan al resto de los seres vivos, en una primera instancia a los herbívoros e indirectamente a los carnívoros.
Cabe destacar otro aspecto favorable que otorga el proceso de la fotosíntesis. La planta, además de alimentar al resto del planeta, contribuye a la respiración de los seres al restituir el oxígeno al aire además de haberlo previamente limpiado.
Hoy en día, la urbanidad cada vez más ha ido consumiendo la vegetación. Es importante no olvidar que son las plantas las que mantienen la vida del resto del planeta.
Los fotoautótrofos contienen en su organismo un organelo llamado cloroplasto que es el encargado de ejecutar la fotosíntesis. En cloroplasto están las clorofilas que captan la luz del exterior y la almacenan en dos moléculas orgánicas, esta fase la llaman fase lumínica. La segunda fase, llamada fase oscura o ciclo de Calvin, ocurre en el estroma, y es donde la las dos moléculas son asimiladas al dióxido de carbono de la atmósfera y luego utilizadas para producir hidratos de carbono que más tarde será el almidón para exclusivo desarrollo, crecimiento y reproducción de la planta.
Lo descrito anteriormente se resume con la siguiente ecuación química:
Dióxido de carbono + Agua + Luz → Hidratos de carbono + Oxígeno
Concluido el proceso de la fotosíntesis, la planta utiliza el almidón producido y los combina con las sales minerales y el agua extraída de la tierra realizando una serie de reacciones químicas para más tarde formar lo que se llama la savia elaborada. Esta savia circula por toda la planta con el fin de alimentarla, también, gran parte de ella es almacenada.
La fotosíntesis es el proceso más importante para la naturaleza pues gracias a ella no sólo existen las plantas, sino que toda la vida en la Tierra. Se crean nutrientes como los carbohidratos, más tarde aminoácidos, nucleótidos, entre otros. Además, la energía solar es acumulada por la planta y al ser ésta ingerida por los seres vivos, la energía se libera, siendo ésta utilizada para mantener los procesos vitales del organismo. A fin de cuenta las plantas alimentan al resto de los seres vivos, en una primera instancia a los herbívoros e indirectamente a los carnívoros.
Cabe destacar otro aspecto favorable que otorga el proceso de la fotosíntesis. La planta, además de alimentar al resto del planeta, contribuye a la respiración de los seres al restituir el oxígeno al aire además de haberlo previamente limpiado.
Hoy en día, la urbanidad cada vez más ha ido consumiendo la vegetación. Es importante no olvidar que son las plantas las que mantienen la vida del resto del planeta.
Aprovechamiento barato de la energía solar
Spencer Ahrens y sus colaboradores han dedicado los últimos meses a ensamblar en el MIT un prototipo de un sistema de concentración de energía solar que piensan que podría revolucionar el campo. Es un plato reflector de dimensiones modestas capaz de concentrar la luz solar en un factor de 1.000, construido a partir de materiales industriales simples y económicos seleccionados por el precio, la durabilidad y la facilidad de ensamblaje, en vez del rendimiento óptimo.
En lugar de intentar conseguir una superficie parabólica muy uniforme que pueda concentrar la luz solar en un foco perfecto, el plato está confeccionado con bandas de espejos de cristal como los de un cuarto de baño, livianos y relativamente baratos. El armazón está ensamblado con tubos de aluminio baratos, con perforaciones hechas en los lugares precisos utilizando una simple plantilla de guía para su alineación.
El mecanismo de control, que permite al plato seguir al Sol automáticamente a través del cielo, también es notablemente simple.
Se trata, por tanto, de una filosofía de diseño del todo distinta a la que se viene aplicando a la mayoría de los intentos de construcción de sistemas de platos solares para concentración, en los que se ha tendido a utilizar caros equipamientos hechos a la medida para alcanzar una alta eficiencia. A menudo, sólo las grandes compañías pueden permitirse la construcción de tales prototipos, una labor que inevitablemente se traduce en proyectos de alta tecnología.
Ahrens piensa que, si se producen en masa, estos platos sencillos pueden ser competitivos en costo con otras fuentes de energía, y podrían producir calor para calefacción y al mismo tiempo generar electricidad.
Ahrens considera que este nuevo diseño podría proporcionar con rapidez electricidad para la red de suministro, y calor para calefacción, a precios que serían competitivos hoy en día, a diferencia de los sistemas fotovoltaicos convencionales que todavía son muy costosos.
Este nuevo plato solar está diseñado para una larga vida. Los científicos esperan que los platos de esta clase puedan durar más de 30 años si disfrutan del debido mantenimiento. Además, pueden ser fabricados con maquinaria sencilla en los países en vías de desarrollo.
En lugar de intentar conseguir una superficie parabólica muy uniforme que pueda concentrar la luz solar en un foco perfecto, el plato está confeccionado con bandas de espejos de cristal como los de un cuarto de baño, livianos y relativamente baratos. El armazón está ensamblado con tubos de aluminio baratos, con perforaciones hechas en los lugares precisos utilizando una simple plantilla de guía para su alineación.
El mecanismo de control, que permite al plato seguir al Sol automáticamente a través del cielo, también es notablemente simple.
Se trata, por tanto, de una filosofía de diseño del todo distinta a la que se viene aplicando a la mayoría de los intentos de construcción de sistemas de platos solares para concentración, en los que se ha tendido a utilizar caros equipamientos hechos a la medida para alcanzar una alta eficiencia. A menudo, sólo las grandes compañías pueden permitirse la construcción de tales prototipos, una labor que inevitablemente se traduce en proyectos de alta tecnología.
Ahrens piensa que, si se producen en masa, estos platos sencillos pueden ser competitivos en costo con otras fuentes de energía, y podrían producir calor para calefacción y al mismo tiempo generar electricidad.
Ahrens considera que este nuevo diseño podría proporcionar con rapidez electricidad para la red de suministro, y calor para calefacción, a precios que serían competitivos hoy en día, a diferencia de los sistemas fotovoltaicos convencionales que todavía son muy costosos.
Este nuevo plato solar está diseñado para una larga vida. Los científicos esperan que los platos de esta clase puedan durar más de 30 años si disfrutan del debido mantenimiento. Además, pueden ser fabricados con maquinaria sencilla en los países en vías de desarrollo.
lunes, 16 de junio de 2008
Energía solar
Cada día incide sobre la superficie de la Tierra mayor cantidad de energía solar de la que la humanidad entera podría consumir en 27 años. Sin embargo, aprovechar este potencial y suministrar una fuente de electricidad no contaminante que realmente cubra todas nuestras necesidades aún es un tema no resuelto del todo.
Los ingenieros trabajan en diversos lugares tratando de mejorar las técnicas de captación y aprovechamiento de esta energía. Ahora, la compañía británica Corus Colors ha lanzado una sorprendente iniciativa que podría ser comercializable en 2012.
Se trata de la concepción de un revestimiento de células solares nanocristalinas que se utilizaría para cubrir los techos de acero de almacenes, supermercados y fábricas, convirtiéndolos así en auténticos paneles solares.
Corus Colors desarrolla actualmente este invento, en un proyecto a tres años, en colaboración con la las universidades británicas de Bath, Bangor, Swansea y el Imperial College de Londres.
Se trata de una iniciativa co-financiada por el ministerio de comercio e industria británico que, según publica el Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), agencia gubernamental de investigación en ingeniería y ciencias físicas del Reino Unido, utilizará células solares de titanio nanoestructurado sensitivizado con colorante (Dye sensitised semiconductor cells o DSSCs), que son células semiconductoras formadas por nanoestructuras de óxido de titanio.
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.
Las DSSCs presentan varias ventajas. Por un lado, su tamaño ínfimo permitiría proyectarlas en un spray (compuesto por un baño de polímeros) sobre las superficies de acero, convirtiéndolas 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 de la arena. Sin embargo, su purificación es un proceso muy costoso.
Por último, esta técnica, que posee un buen rendimiento, permitiría equipar grandes superfices de techos disponibles, que en el caso de las fábricas, de los supermercados y almacenes muchas veces son de acero. A partir de ellos podrían generarse cantidades razonables de electricidad.
Según el EPSRC, Corus Colors untaría directamente el acero con las mismas técnicas que la compañía utiliza ya para recubrimientos de edificios, mientras que la universidad de Swansea se dedicará a asegurar que el sustrato de acero será lo suficientemente duro como para resistir los componentes potencialmente corrosivos del recubrimiento y que el sol y las inclemencias climáticas no degradarán la pintura, informa la revista The Engineer Online.
De esta forma, podría llegar a producirse un millón de toneladas anuales de productos de acero pintados, dos tercios de los cuales se utilizarían para techumbres.
Teniendo en cuenta que la cantidad de radiación solar que recibe el Reino Unido al año es de 900 KW.hr/m2, con una eficiencia del 6% en estos revestimientos, 100 millones de m2 de tejados generarían 5.400 GW/hr de electricidad, esto es, más del 5% de la electricidad total consumida anualmente en Gran Bretaña.
Esta cantidad superaría los 2.400 MW de energía renovable procedente de las fuentes de energía eólica y, considerando que tal cantidad de techumbres como la mencionada se añade anualmente en el Reino Unido, resultaría muy significativa la producción de energía eléctrica a partir del recubrimiento de Corus Colors a gran escala.
Los ingenieros trabajan en diversos lugares tratando de mejorar las técnicas de captación y aprovechamiento de esta energía. Ahora, la compañía británica Corus Colors ha lanzado una sorprendente iniciativa que podría ser comercializable en 2012.
Se trata de la concepción de un revestimiento de células solares nanocristalinas que se utilizaría para cubrir los techos de acero de almacenes, supermercados y fábricas, convirtiéndolos así en auténticos paneles solares.
Corus Colors desarrolla actualmente este invento, en un proyecto a tres años, en colaboración con la las universidades británicas de Bath, Bangor, Swansea y el Imperial College de Londres.
Se trata de una iniciativa co-financiada por el ministerio de comercio e industria británico que, según publica el Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), agencia gubernamental de investigación en ingeniería y ciencias físicas del Reino Unido, utilizará células solares de titanio nanoestructurado sensitivizado con colorante (Dye sensitised semiconductor cells o DSSCs), que son células semiconductoras formadas por nanoestructuras de óxido de titanio.
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.
Las DSSCs presentan varias ventajas. Por un lado, su tamaño ínfimo permitiría proyectarlas en un spray (compuesto por un baño de polímeros) sobre las superficies de acero, convirtiéndolas 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 de la arena. Sin embargo, su purificación es un proceso muy costoso.
Por último, esta técnica, que posee un buen rendimiento, permitiría equipar grandes superfices de techos disponibles, que en el caso de las fábricas, de los supermercados y almacenes muchas veces son de acero. A partir de ellos podrían generarse cantidades razonables de electricidad.
Según el EPSRC, Corus Colors untaría directamente el acero con las mismas técnicas que la compañía utiliza ya para recubrimientos de edificios, mientras que la universidad de Swansea se dedicará a asegurar que el sustrato de acero será lo suficientemente duro como para resistir los componentes potencialmente corrosivos del recubrimiento y que el sol y las inclemencias climáticas no degradarán la pintura, informa la revista The Engineer Online.
De esta forma, podría llegar a producirse un millón de toneladas anuales de productos de acero pintados, dos tercios de los cuales se utilizarían para techumbres.
Teniendo en cuenta que la cantidad de radiación solar que recibe el Reino Unido al año es de 900 KW.hr/m2, con una eficiencia del 6% en estos revestimientos, 100 millones de m2 de tejados generarían 5.400 GW/hr de electricidad, esto es, más del 5% de la electricidad total consumida anualmente en Gran Bretaña.
Esta cantidad superaría los 2.400 MW de energía renovable procedente de las fuentes de energía eólica y, considerando que tal cantidad de techumbres como la mencionada se añade anualmente en el Reino Unido, resultaría muy significativa la producción de energía eléctrica a partir del recubrimiento de Corus Colors a gran escala.
Energías renovables
Los combustibles fósiles son el carbón, el petróleo y el gas. Han sido los grandes protagonistas del impulso industrial desde la invención de la máquina de vapor hasta nuestros días. De ellos depende la mayor parte de la industria y el transporte en la actualidad. Entre los tres suponen casi el 90% de la energía comercial empleada en el mundo.
Un combustible fósil esta compuesto por los restos de organismos que vivieron hace millones de años. El carbón se formó a partir de plantas terrestres y el petróleo y el gas natural a partir de microorganismos y animales principalmente acuáticos. Son, en definitiva, una acumulación de energía solar, porque las plantas convierten la radiación que viene del sol en biomasa, gracias a la fotosíntesis, y los animales se alimentan de las plantas.
La energía se obtiene al quemar estos productos, proceso en el que se forman grandes cantidades de anhídrido carbónico y otros gases contaminantes que se emiten a la atmósfera.
Estos combustibles han permitido un avance sin precedentes en la historia humana, pero son fuentes de energía que llamamos no renovables. Esto significa que cantidades que han tardado en formarse miles de años se consumen en minutos y las reservas de estos combustibles van disminuyendo a un ritmo creciente. Además, estamos agotando un recurso del que se pueden obtener productos muy valiosos, como plásticos, medicinas, etc., simplemente para quemarlo y obtener energía.
Las fuentes de energía renovables o alternativas no consumen un recurso finito como un combustible fósil o una substancia radiactiva y además, en general, causan menos impactos ambientales negativos. Entre estas energías tenemos:
Energía hidroeléctrica
Energía solar
Energía de la biomasa
Energía obtenida de los océanos
Energía geotermal
El principal obstáculo que frena a estas fuentes de energía renovables es el económico, porque normalmente son más caras que los combustibles fósiles o la energía nuclear. Aunque desde otro punto de vista, no es tan claro que las energías tradicionales sean más baratas, porque si incluyéramos el costo que supone limpiar la contaminación que provocan o disminuir sus daños ambientales, el precio de la energía obtenida del petróleo, carbón, gas o uranio, sería bastante más alto del que tienen en el mercado. Lo que sucede es que los estados, por motivos políticos, son los que pagan esos costes indirectos y subvencionan, directa o indirectamente, las energías no renovables.
Cuando, a partir de 1973, el precio del petróleo subió, la investigación y el uso de estas fuentes alternativas creció, pero desde que el uso de energía se ha estabilizado en bastantes países desarrollados y el precio de las fuentes clásicas de energía ha bajado, se ha perdido parte del interés por estas energía renovables. Se sigue investigando, sobre todo en aquellos aspectos que las pueden hacer económicamente rentables.
Un combustible fósil esta compuesto por los restos de organismos que vivieron hace millones de años. El carbón se formó a partir de plantas terrestres y el petróleo y el gas natural a partir de microorganismos y animales principalmente acuáticos. Son, en definitiva, una acumulación de energía solar, porque las plantas convierten la radiación que viene del sol en biomasa, gracias a la fotosíntesis, y los animales se alimentan de las plantas.
La energía se obtiene al quemar estos productos, proceso en el que se forman grandes cantidades de anhídrido carbónico y otros gases contaminantes que se emiten a la atmósfera.
Estos combustibles han permitido un avance sin precedentes en la historia humana, pero son fuentes de energía que llamamos no renovables. Esto significa que cantidades que han tardado en formarse miles de años se consumen en minutos y las reservas de estos combustibles van disminuyendo a un ritmo creciente. Además, estamos agotando un recurso del que se pueden obtener productos muy valiosos, como plásticos, medicinas, etc., simplemente para quemarlo y obtener energía.
Las fuentes de energía renovables o alternativas no consumen un recurso finito como un combustible fósil o una substancia radiactiva y además, en general, causan menos impactos ambientales negativos. Entre estas energías tenemos:
Energía hidroeléctrica
Energía solar
Energía de la biomasa
Energía obtenida de los océanos
Energía geotermal
El principal obstáculo que frena a estas fuentes de energía renovables es el económico, porque normalmente son más caras que los combustibles fósiles o la energía nuclear. Aunque desde otro punto de vista, no es tan claro que las energías tradicionales sean más baratas, porque si incluyéramos el costo que supone limpiar la contaminación que provocan o disminuir sus daños ambientales, el precio de la energía obtenida del petróleo, carbón, gas o uranio, sería bastante más alto del que tienen en el mercado. Lo que sucede es que los estados, por motivos políticos, son los que pagan esos costes indirectos y subvencionan, directa o indirectamente, las energías no renovables.
Cuando, a partir de 1973, el precio del petróleo subió, la investigación y el uso de estas fuentes alternativas creció, pero desde que el uso de energía se ha estabilizado en bastantes países desarrollados y el precio de las fuentes clásicas de energía ha bajado, se ha perdido parte del interés por estas energía renovables. Se sigue investigando, sobre todo en aquellos aspectos que las pueden hacer económicamente rentables.
Suscribirse a:
Entradas (Atom)
