Una pizca de capsaicina, el componente activo de los pimientos picantes (Capsicum), puede ser un ingrediente secreto para células solares de perovskita más estables y eficientes.

Es lo que sugiere un nuevo estudio llevado a cabo por investigadores chinos y suecos.

Células solares policristalinas

Si bien los semiconductores de perovskita de haluro metálico representan un componente prometedor para las tecnologías de células solares de última generación, están plagados de recombinación no radiativa, un proceso indeseable a nivel de electrones que reduce la eficiencia y aumenta las pérdidas de calor. Los investigadores buscaron un aditivo para mitigar estos efectos.

Por la sensación de ardor que produce en la boca, la capsaicina es comúnmente usada en productos alimenticios para hacerlos más picantes. Pero el estudio también sugiere que rociar capsaicina en el precursor de perovskita de triyoduro de metilamonio y plomo (MAPbI3) durante el proceso de fabricación conduce a una mayor abundancia de electrones para conducir la corriente en la superficie del semiconductor.

Esta adición de capsaicina dio como resultado células solares policristalinas MAPbI3 con el transporte de carga más eficiente: los dispositivos de control mostraban una eficiencia de conversión de energía de solo el 19,1%, los dispositivos que contenían capsaicina tenían una eficiencia del 21,88%.

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Las células solares mejoradas también mostraron una estabilidad mejorada, manteniendo más del 90% de su eficiencia inicial después de 800 horas de almacenamiento en el aire ambiente.

La capsaicina también redujo en gran medida la densidad del defecto de la película de perovskita, aumentando la densidad de electrones en un orden de magnitud y aumentando el transporte de carga.

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Si bien la capsaicina puede proporcionar un aditivo de bajo coste y ampliamente disponible para el desarrollo futuro de células solares de perovskita altamente eficientes, la estabilidad del material debe perfeccionarse aún más antes de que esté listo para aplicaciones comerciales.

Al alcanzar un 47,1 por ciento bajo iluminación concentrada, y del 39,2 bajo iluminación del sol, investigadores de Estados Unidos han fabricado una célula solar de seis uniones que ha batido el récord mundial de mayor eficiencia en la conversión de energía solar a electricidad.

Para construir el dispositivo, los investigadores del National Renewable Energy Laboratory se basaron en materiales III-V, llamados así por su posición en la tabla periódica, que tienen una amplia gama de propiedades de absorción de luz.

Próximo reto: más del 50 %

Cada una de las seis uniones de la célula (las capas fotoactivas) está especialmente diseñada para capturar la luz de una parte específica del espectro solar.

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El dispositivo contiene aproximadamente 140 capas totales de varios materiales III-V para respaldar el rendimiento de estas uniones, y sin embargo es tres veces más estrecho que un cabello humano. Según Ryan France, coautor del estudio:

Una forma de reducir el costo es reducir el área requerida, y puede hacerlo utilizando un espejo para capturar la luz y enfocar la luz hacia un punto. Luego puede salirse con una centésima o incluso una milésima parte del material, en comparación con una celda de silicio de placa plana. Se usa mucho menos material semiconductor al concentrar la luz. Una ventaja adicional es que la eficiencia aumenta a medida que concentra la luz.

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Actualmente el principal obstáculo de investigación para alcanzar el 50% de eficiencia es reducir las barreras resistivas dentro de la célula que impiden el flujo de corriente. Alcanzar el 100% de eficiencia parece imposible debido a los límites fundamentales impuestos por la termodinámica.

Un sistema híbrido de bacterias y nanocables (una suerte de bacterias ciborg o biohíbrido) que capturan la energía de la luz solar y la transfieren a las bacterias para convertir el dióxido de carbono y el agua en moléculas orgánicas y oxígeno ha sido desarrollado por parte de investigadores químicos de la Universidad de California Berkeley y el Lawrence Berkeley National Laboratory.

La eficacia es mayor que la eficiencia fotosintética de la mayoría de las plantas.

Un sistema para la Tierra y Marte

Este sistema podría ser útil tanto para la Tierra (podría eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera) como para Marte (proporcionaría a los colonos materia prima para fabricar compuestos orgánicos que van desde combustibles hasta medicamentos). Según explica el líder del proyecto, Peidong Yang:

Marte, aproximadamente el 96% de la atmósfera es CO2. Básicamente, todo lo que necesita es estos nanocables de semiconductores de silicio para absorber la energía solar y transmitirla a estos insectos para que hagan la química. Para una misión en el espacio profundo, es importante el peso de la carga útil, y los sistemas biológicos tienen la ventaja de que se auto-reproducen: no necesitas enviar mucho. Es por eso que nuestra versión biohíbrida es tan atractiva.

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Estamos, pues, ante un hito en el empaquetamiento de estas bacterias (Sporomusa ovata) en un "bosque de nanocables" para lograr una eficiencia récord: el 3,6% de la energía solar entrante se logra convertir. Es comparable a la planta que mejor convierte CO2 en azúcar: la caña de azúcar, que tiene una eficiencia del 4-5%.

Los nanocables son delgados hilos de silicio de aproximadamente una centésima parte del ancho de un cabello humano, utilizados como componentes electrónicos, y también como sensores y células solares, pero en este experimento en particular, los nanocables se usaron solo como cables conductores, no como absorbentes solares. Un panel solar externo proporcionó la energía.

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El sistema funciona como la fotosíntesis que las plantas emplean naturalmente para convertir el dióxido de carbono y el agua en compuestos de carbono. La dieferencia es que aquí se produce una molécula de dos carbonos llamada acetato: esencialmente ácido acético o vinagre. Las moléculas de acetato pueden servir como bloques de construcción para una variedad de moléculas orgánicas, desde combustibles y plásticos hasta medicamentos.

Por el momento, los investigadores continúan buscando formas de aumentar la eficiencia del biohíbrido, y también está explorando técnicas para diseñar genéticamente las bacterias para que sean más versátiles

Si la energía que el Sol produce en un solo segundo pudiera almacenarse, se podría satisfacer el actual consumo energético de los Estados Unidos durante los próximos nueve millones de años. Por ello resulta muy importante alcanzar nuevos récords de eficiencia en la las células solares.

Una nueva combinación de silicio con un mineral relativamente raro en la corteza terrestre, la perovskita, se ha conseguido una eficiencia nunca antes alcanzada: 25,2 %.

Mejora gradual de la eficiencia

La eficiencia de las células solares confeccionadas con perovskita, se ha incrementado desde un 3,8% en 2009 hasta un 20,1% en 2014. Los análisis detallados calculan que el límite teórico de la eficiencia de esta tecnología se sitúa en torno al 31%. Por el momento, ya nos estamos acercando mucho a esa cifra.

Sus altas eficiencias y bajos costes de producción sitúan a las células solares de perovskita como una atractiva opción comercialmente viable.

Los responsables de este hito son los equipos de investigación en Neuchâtel, del Laboratorio de fotovoltaica de EPFL y el centro fotovoltaico CSEM, que han desarrollado una solución económicamente competitiva. Han integrado una celda de perovskita directamente sobre una celda estándar basada en silicio. Su método de producción es prometedor, ya que agregaría solo unos pocos pasos adicionales al proceso actual de producción de células de silicio. Su investigación ha sido publicada en Nature Materials.

La perovskita complementa al silicio. Convierte luz azul y verde de manera más eficiente, mientras que el silicio es mejor para convertir luz roja e infrarroja. "Al combinar los dos materiales, podemos maximizar el uso del espectro solar y aumentar la cantidad de energía generada. Los cálculos y el trabajo que hemos realizado muestran que una eficacia del 30 por ciento pronto sería posible", afirman los principales autores del estudio, Florent Sahli y Jérémie Werner.
Imagen | enricrubioros1

Dos millones de euros para producir células solares con materiales como los puntos cuánticos coloidales y las perovskitas de haluro han sido invertidos por parte de la Universidad Jaume I de Castellón (UJI) ha obtenido la primera Consolidator Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC) .

El profesor de Física Aplicada Iván Mora Seró, también investigador del Instituto Universitario de Materiales Avanzados (INAM), ha ganado la subvención europea para desarrollar este proyecto, como podéis ver en el siguiente vídeo.

Nuevos materiales

El objetivo de este impulso es mejorar la eficiencia de las células solares mediante la interacción sinérgica de materiales diversos para superar las limitaciones de la conversión fotovoltaica actual.

Las perovskitas se consideran un material maravilla que ha revolucionado el campo fotovoltaico. El nombre “perovskita” se puso en honor del mineralogista ruso L. A. Perovski y fue identificada por primera vez por Gustav Rose en 1839.

Por su parte, las celdas solares de unión múltiple hechas de puntos cuánticos coloidales han alcanzado una eficiencia de conversión energética del 7 por ciento en pruebas de laboratorio. La técnica de procesamiento para las capas de puntos cuánticos permite que los puntos hagan su trabajo tanto individualmente como en grupo para transportar carga eléctrica hacia los bordes de la lámina donde puede ser recolectada para proveer una corriente eléctrica.

Aún recuerdo aquellos discursos agoreros sobre que Internet iba a convertirnos en criaturas alienadas, cada vez más solitarias, casi autistas. Sin embargo, ha ocurrido justo lo contrario de los que se pronosticó: las redes sociales no solo nos mantienen más comunicados de forma virtual, sino también en el mundo real.

El economista inglés del siglo XIX William Stanley Jevons ya advirtió en su tiempo que los motores de vapor más eficientes en el consumo de combustible no llevaban a la gente a consumir menos carbón, tal y como explica Edward Glaeser en su libro El triunfo de las ciudades:

Los mejores motores abarataron el consumo de energía y ayudaron a llevar al mundo hasta el umbral de una era industrial propulsada por el carbón.

Es lo mismo que sucede con las galletas bajas el calorías u otros productos Light: generalmente no ayudan a mantener la línea porque, precisamente su propia naturaleza light, los consumimos más que si fueran normales.

Es lo que se denomina paradoja de Jevons. En el mundo de las tecnologías de la información, esta paradoja deriva en que, a medida que disponemos de medios más eficientes para transmitir información, como el correo electrónico o Twitter, no pasamos menos tiempo transmitiendo información, sino que pasamos más tiempo.

También sucede en el mundo de la construcción de carreteras. Los expertos en tráfico observaron que construir más carreteras no combatía eficazmente los atascos de tráfico, más bien los alimentaba, tal y como os expliqué con más detalle en ¿Por qué construir más carreteras no mejora el tráfico?

En la actualidad, la tecnología informática está transformando el mundo y haciendo de él un lugar más intensivo en ideas, mejor comunicado y a la larga más urbano. En lugar de haberlo disminuido, las mejoras en tecnologías de la información parecen haber aumentado el valor de la interacción cara a cara, lo que podría calificarse como el corolario de la complementariedad de Jevons.

Irónicamente, la mejora de las comunicaciones no va a hacer que la gente pueda vivir en entornos rurales o más tranquilos, lejos de las oficinas o de los demás, sino justo al contrario. Cada vez más gente se mudará en la ciudad (o directamente se construirán ciudades a velocidad de vértigo) precisamente debido a que hay más formas de comunicarnos electrónicamente. En el fondo, es lo que ya ha estado ocurriendo invento tras invento: cuando apareció el teléfono, muchos ya pronosticaron que ya no tenía sentido aglutinarse en ciudades, pero sucedió lo contrario. Más recientemente, se pensó lo mismo del fax, Luego del correo electrónico. Y luego de las videoconferencias.

El problema de intentar crear una lengua desde cero, de forma artificial, es que nuestro cerebro no funciona así. Un buen ejemplo de ello son las lenguas criollas. En esencia, el idioma criollo nace así: en una sociedad en la que deben interactuar personas que hablan idiomas muy distintos (por ejemplo, cuando llegan inmigrantes múltiples nacionalidades para incorporarse a un trabajo de minería que se alargará durante décadas), las personas crean una especie de lengua que es una mezcla de todas las lenguas.

Sin embargo, es una lengua caótica, llena de lagunas, redundante, sin gramática, simplificada. Al pasar los años, nacerán niños que deberán criarse en esa lengua descompuesta, pero el milagro sucede cuando esos niños dotarán de gramática el totum revolutum que les rodea, creando una lengua nueva, una lengua criolla.

Es decir, os hijos y los descendientes de los hablantes perfeccionarán este lenguaje reducido para transformarlo en una lengua más eficiente, en un proceso llamado nativización. Como si la lengua no pudiera ser creada desde fuera, sino que surgiera naturalmente de las mentes de los niños. Y es que, a tenor de los intentos de lenguas artificiales que os presentaré a continuación, las lenguas criollas parece ser más eficientes en realidad que las inventadas.

Tal vez uno de los esfuerzos más destacables lo realizó John Wilkins (1614-1672), que abordó la preocupación de Platón por la sistematización de las palabras. Por ejemplo, si todos son felinos y se parecen tanto entre sí, ¿por qué las palabras gato, tigre, león, leopardo, jaguar o pantera se parecen tan poco?

Sin embargo, han existido individuos que intentaron generar lenguajes tan matemáticamente perfectos como los lenguajes informáticos, a fin de que fueran hablados por las personas. El intento más conocido pertenece a James Cooke Brown, en la década de 1950.

Su lenguaje se llamó loglan. Además del vocabulario sistemático que ya presentaba la lengua inventada por Wilkins, incluye 112 palabras que rigen la lógica y la estructura.

Muchas de estas palabritas tienen equivalentes en las lenguas naturales (tui, “en genenral”); tue, “además”; tai “sobre todo”), pero las palabras realmente cruciales corresponden a cosas como los paréntesis (ausentes en la mayoría de lenguas) y herramientas técnicas para designar a individuos concretos mencionados anteriormente en el discurso. El pronombre “él”, por ejemplo, se traduciría como “da” si se refiere al primer antecedente singular de un discurso, “de” si se refiere al segundo; “di” si se refiere al tercero; “do” si se refiere al cuarto; y “du” si se refiere al quinto. Por poco natural que esto pueda parecernos, dicho sistema eliminaría un considerable nivel de confusión en torno a los antecedentes de los pronombres.

Con todo, el loglan ha tenido mucho menos éxito que el esperanto. A pesar de su origen científico, carece de hablantes nativos. Sencillamente, nuestra mente no sabe adaptarse a la lógica y la matemática. Se adapta con mucha más fluidez a lenguas llenas de parches y ambigüedades como el inglés. Pero no funcionó.

Como tampoco funcionaría que empleáramos uno lenguaje informático para comunicarnos: nuestro cerebro no está cableado así, la rigidez es rechazada por nuestra mente, todavía demasiado conectada con las partes antiguas de nuestra mente reptiliana, porque necesitamos de poesía, de metáforas, de ambigüedad.

Pascal, C, Fortran, LISP y otros tantos son lenguajes perfectos, regidos por la lógica más férrea, pero se emplean exclusivamente en el ámbito informático. Tal y como señala Gary Marcus:

Sin embargo, por claros que sean los lenguajes informáticos, nadie habla en C, en Pascal o en LISP. Puede que Java sea la lengua franca actual del mundo de la informática, pero yo desde luego no la emplearía para hablar del tiempo. Los ingenieros de software dependen de procesadores de textos especiales que marcan, colorean y siguen el rastro a sus palabras y paréntesis, precisamente porque la estructura de los lenguajes informáticos resulta poco natural para la mente humana.

A pesar de las manías, a pesar de los sentimientos, a pesar de la aspereza metalúrgica del alemán, la musicalidad y finura del catalán o blublublu francés (da la impresión de todos los franceses hablan haciendo morritos, como si fueran a plantarte un ósculo en cualquier momento), los idiomas son herramientas generadas por nuestra mente, todos son esencialmente iguales y no pasa nada si unos se extinguen y nacen otros, precisamente por eso, porque todos son esencialmente iguales y se adaptarán a las realidades sociales tan rápidamente como un niño aprende un lenguaje criollo.

Vía | Kluge de Gary Marcus | Nuestra especie de Marvin Harris | Muy Interesante | Rebelarse vende de Joseph Heath

En Xataka Ciencia | ¿Qué idioma es el mejor para comunicarse? (I), (II) y (y III)

En el mundo se hablan unas 6.800 lenguas (aunque cada año se destruyen muchas, y también nacen otras tantas). Sólo en Francia, por ejemplo, se hablan 75 (algunas indígenas, otras no). En la diminuta Papúa Nueva Guinea se hablan 820. A pesar de las apariencias, todas las lenguas y dialectos hablados por el ser humano disponen de una suerte de gramática universal y, también, de unos niveles de riqueza y complejidad parejos. O al menos las diferencias nada tienen que ver con el desarrollo de la sociedad en sí.

Por ejemplo, hay idiomas realmente muy simples. Pero son simples no porque sus sociedades sean simples, sino porque no hay necesidad cultural de que sean más complejas. El caso de los agtas, que viven esencialmente de la pesca, no precisan de una palabra para la pesca en general sino de las diversas formas específicas de pescar.

Por ejemplo, de los miles de idiomas que se hablan en el planeta, el idioma de la tribu piraha, localizada en la ribera del río Maici, en Brasil, es sin duda el idioma más simple del mundo, según investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT). Lo hablan menos de 200 personas. Este idioma taquigráfico carece de palabras para expresar el concepto de un número específico, es decir, no tienen “uno”, ni “dos”. Las cantidades se expresan de manera relativa: “algunas”, “pocas” o “más”, por ejemplo. Sólo tiene 8 consonantes (7 en el caso de las mujeres). Y 3 vocales. Para compensar, el lenguaje piraha posee una morfología verbal muy compleja, así como un sistema prosódico enredado.

Así pues, finalmente, el hecho de que unas lenguas tengan más éxito que otras, responde a cuestiones políticas, históricas y/o económicas, y poco más. El francés, en su día la lengua más hablada en Occidente, se vio desplazada por el inglés no porque esta lengua fuera mejor, sino porque el Reino Unido y Estados Unidos adquirieron un papel más poderoso e influyente que el de Francia. O como lo resumió magistralmente el especialista en yiddish Max Weinrich: “Una lengua es un dialecto con un ejército y una flota.”

Entonces… tal vez todo se arreglaría si nos pusiéramos de acuerdo para concebir un idioma universal más eficiente y cualitativamente mejor en todos los sentidos. No algo como el esperanto, que fue un fracaso (sólo lo habla una décima parte del 1 % de la población mundial.), sino un idioma que en realidad tuviera cualidades objetivas indiscutibles que lo convierten en mejor que el resto y que todos nosotros deberíamos usarlo para comunicarnos más fluidamente. Una lengua ajena a las arbitrariedades y ambigüedades de las lenguas que pueblan el mundo.

En la tercera y última entrega de este artículo, os explicaré qué intentos ha habido al respecto.

Vía | Kluge de Gary Marcus | Nuestra especie de Marvin Harris | Muy Interesante | Rebelarse vende de Joseph Heath

En Xataka Ciencia | ¿Qué idioma es el mejor para comunicarse? (I), (II) y (y III)

Proceloso tema el de los idiomas, en el que las personas ya no lo consideran una simple herramienta de comunicación sino una seña identitaria o nacional o un signo de prestigo. Basta echar un vistazo a las ampollas que han levantado las recientes noticias sobre la lengua vehicular en los colegios de Cataluña.

Mayormente son razones sentimentales las que llevan a la gente de a pie a defender la supervivencia de una lengua. Y luego están los que se tiran de los pelos cuando adquirimos vocabularios de otras lenguas para incorporarlos a la nuestra, un ataque a la pureza de la lengua (si es que algo así tiene sentido). Evitar la convergencia cultural, sin embargo, es una entelequia, y además es tremendamente nocivo para la población. La razón es sencilla: para evitar las demás culturas hay que aislarse del mundo hasta niveles que rozan la desinformación y la incultura.

Y en el tema de la extinción de las lenguas, bien, quizá es que tendemos a considerar una lengua como un compartimento estanco: si una lengua se extingue, con ella no se extingue toda una cultura, sino que esa cultura acaba mezclada con las culturas circundantes (a no ser que se encuentre totalmente aislada). Es como cortar un tentáculo de una única lengua universal que tiene millones de tentáculos: La diversidad cultural es imprescindible, pero la diversidad surge precisamente de la mezcla de culturas, aunque esa mezcla tienda a una suerte de masa homogénea latente. Recibimos inputs americanos, pero también japoneses o indios. Y, a su vez, ellos reciben inputs nuestros. Esto produce puntos de convergencia y similitud, pero también una trasfondo continuamente cambiante, nada endogámico, nada pureta, nada xenófobo.

Renunciar a un dominio fluido de una lengua mayoritaria a cambio de hablar un idioma minoritario o sentimentalmente próximo puede reducir seriamente las posibilidades de un individuo. Quizá no suponga un problema mientras haya suficientes personas dispuestas a hacerlo, pero no podemos culpar a los que no muestren el menor interés, como ha señalado el filósofo Joseph Heath.

Eso no quita que tratemos de conservar (hasta cierto punto y sin despilfarrar recursos) vetas culturales o respaldar ideas en desuso o al límite de la extinción. Tampoco quita que existan organismos que regulen la lengua y traten de evitar que esto se convierta en un despiporre (porque precisamente la lengua se construye entre la continua tensión entre los usos y las prescripciones).

Quizá todo sería más fácil si pudiéramos establecer de una manera objetiva qué lengua es la mejor para comunicarse. Según un estudio reciente publicado por François Pellegrino en la revista Language, de la Universidad de Lyon (Francia), hay idiomas que permiten a sus hablantes hablar más rápido que otros, es decir, que algunos idiomas necesitan menos tiempo para contar exactamente la misma historia. Los textos en inglés son mucho más cortos que los mismos textos traducidos al japonés.

Pero no es tan sencillo, una mayor velocidad (una mayor tasa silábica, es decir, más sílabas por minuto) también viene reñida con una menor eficacia comunicativa: tienden a incluir menos información en cada sílaba individual. El español, por ejemplo, es un idioma que se habla rápido, utiliza muchas sílabas en poco tiempo, pero cada una de ellas contiene poca información (en el otro extremo está el chino mandarín, que es mucho más lento pero transmite más contenido en cada palabra). Con lo cual, Pellegrino concluye que en todos los idiomas transmitimos la información con la misma eficacia.

Sigue en la próxima entrega de este artículo.

Vía | Kluge de Gary Marcus | Nuestra especie de Marvin Harris | Muy Interesante | Rebelarse vende de Joseph Heath

En Xataka Ciencia | ¿Qué idioma es el mejor para comunicarse? (I), (II) y (y III)

Nos lo cuenta Enrique Dans en su blog: el nuevo data center de la compañía HP en Inglaterra será refrigerado aprovechando el frío glacial. No estamos hablando de un simple almacén, sino de una gran instalación 33 500 metros cuadrados, que se refrigera usando los vientos del Mar del Norte. La compañía ahorrará así la friolera (nunca mejor dicho) de tres millones de euros anuales en sistemas de refrigeración.

El aire atraviesa unos colectores, es filtrado y sopla directamente sobre los estantes que contienen los ordenadores. El sistema está diseñado para mantener una temperatura constante de 24 ºC, si el aire entra demasiado frío, se recombina con el aire caliente que sale del sistema hasta lograr la temperatura deseada. Las instalaciones tienen además un techo capaz de recoger el agua de lluvia para regular la humedad del recinto.

Con estos sistemas, el data center tiene una PUE (power usage efficiency, eficiencia de uso de energía) de 1.2, es decir, la energía total consumida por las instalaciones es sólo un 20% más que la energía empleada directamente por los ordenadores. En instalaciones convencionales, la PUE tiene valores mucho más altos (hasta 2), lo que indica que se consume mucha energía extra (fundamentalmente en refrigeración). Los criterios de eficiencia energética se están imponiendo también en otras compañías como Google. A la larga, supone un importantísimo ahorro energético.

Vía | Enrique Dans Más información | International Business Times