¿Puede la nanotecnología contribuir con el desarrollo de sistemas de energías renovables?

El ser humano con la finalidad de mejorar su calidad de vida ha ido descubriendo campos científicos que han contribuido a alcanzar este objetivo. Uno de los campos con mayor incidencia en el siglo XXI en relación a ciencia y tecnología es, sin lugar a dudas, el de la nanotecnología. Cuando hablamos de la nanotecnología, principalmente nos referimos al mundo de lo “pequeño”, más bien de lo “invisible” para el ojo humano. Con el dominio de esta tecnología emergente, a la que muchos denominan ya la revolución científica del siglo XXI, se ha logrado  manipular, estudiar y aplicar la materia a nivel de átomos, moléculas y estructuras macromoleculares, lo que ha permitido avances significativos en diversas áreas de la ciencia y la tecnología. Hoy en día, por ejemplo, podemos encontrar aplicaciones en la parte médica (nanomedicina), el área de diversos procesos químicos (nanoquímica), de las innovaciones electrónicas (micro y nanoelectrónica) y las implicaciones ambientales, entre otras.

Considerando que el mundo actual depende en gran medida de las cuestiones de tipo energético (ne-cesitamos energía para el trabajo cotidiano, en los transportes, las oficinas, las telecomunicaciones, los entretenimientos) muchas investigaciones en nanotecnología están siendo desarrolladas en este tema. De esta forma, uno se preguntará, ¿estará la nanotecnología en condiciones de dar respuesta a esta ne-cesidad energética de parte del ser humano?, es de-cir, la nanotecnología con sus avances, metodologías, desarrollos, sistemas, y dispositivos ¿podrá dar respuesta a la generación de sistemas de energía más eficientes y menos contaminantes? Sin lugar a du-das, y para todos aquéllos que gustamos de la ciencia y la tecnología, la respuesta es completamente afirmativa, es decir, la nanotecnología con todos sus beneficios y aportes debe producir cambios significativos e innovadores en el tema de la energía, principalmente en la parte del diseño y producción de nuevos materiales nanoestructurados (el mundo de los nanomateriales) para la generación y almacenamiento de energía, así como en el diseño de nuevos dispositivos de transformación de la energía que utilicen básicamente fuentes inagotables de energía y que además sean “amigables” con el medio ambiente. De esta forma la síntesis y caracterización de nanomateriales con nuevas propiedades, en donde, el control del tamaño del nanomaterial, la forma, la porosidad, la fase cristalina y la estructura serán temas de ac-tualidad y de vital importancia en el manejo, almacenamiento y transformación de las diversas fuentes de energía. Al respecto, el área de los nanomateriales puede ser enfocada a la producción de nuevos catalizadores que transformen de manera más eficiente los combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural), los cuales y a pesar de todo, serán aún empleados en las próximas dos décadas como fuentes principales de energía. Asimismo, y considerando la conservación del ambiente, se han sintetizado nanocatalizadores de paladio y rutenio que han sido empleados en lugar de los catalizadores tradicionales de platino y óxido de cerio en los catalizadores de los automóviles, con el fin de disminuir y transformar las emisiones de hidrocarburos (HC) a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), así como de óxidos superiores de nitrógeno (NOx) a nitrógeno molecular (N2) y oxígeno molecular (O2), y del monóxido de carbono (CO) a dióxido de carbono (CO2), reduciendo de esta manera la emisión de especies contaminantes.

En cuanto al diseño de dispositivos para la conversión de la energía, las celdas de combustible son sistemas electroquímicos que gozan de una alta eficiencia en la transformación de la energía. Lamen-tablemente el alto costo de los materiales empleados en su construcción ha sido la principal limitante para su desarrollo a nivel comercial. Sin embargo, el diseño de nanomateriales está tratando de eliminar esta limitante. Para ello se han sintetizado nanopartículas mo-nometálicas (Pt, Pd, Ru), bimetálicas (Pt-Ru, Pt-Pd, Pd-Ru, Pt-Co) y trimetálicas (PtVFe, PtNiFe) con la finalidad de aprovechar su gran actividad catalítica pa-ra la conversión del material combustible (H2, Me-tanol, Etanol, etcétera) en corriente eléctrica.

Por otra parte, considerando que la radicación solar es una fuente inagotable de energía su transformación en energía eléctrica ha impulsado el desarrollo de las celdas solares. Al respecto las celdas solares de silicio monocristalino, silicio policristalino y silicio amorfo han invadido el mercado comercial debido a su buena eficiencia en conversión. Sin embargo, el gran inconveniente es su alto costo debido al proceso de extracción, purificación y obtención del silicio. Ante este inconveniente se han sintetizado  nanomateriales de óxidos metálicos, principalmente dióxido de titanio (TiO2), para diseñar en conjunto con sensibilizadores de tipo orgánico e inorgánico, lo que se conoce como celdas solares sensibilizadas por un colorante (DSSC, por sus siglas en inglés Dye Sensitized Solar Cell). En este sentido, los nanomateriales de TiO2 pueden ser generados por diferentes métodos tanto físicos como químicos y obtenerse en diversas formas y tamaños como nanopartículas, nanotubos, películas delgadas, nanoalambres, etcétera. Aunque la eficiencia de estas celdas DSSC no es tan buena como las de silicio, su costo si es mucho menor y la investigación en este campo continua con la finalidad de incrementar básicamente la eficiencia en estos dispositivos.

Como conclusión, podemos afirmar que el empleo de la nanotecnología para la producción de energía sustentable es ya una realidad, ya que día a día influye al desarrollo de este tema con sus investigaciones y sin lugar a dudas encabezará la lista de las aportaciones más importantes en esta área vital para el avance y desarrollo de cualquier país.

Pt Platino

Pd Paladio

Ru Rutenio

Co Cobalto