Son unos científicos de los materiales que dicen que tomaron residuos tóxicos de unos 300 años de antigüedad. Se trata de balas esféricas de plomo de los siglos 16 y 17, con residuos de carbono, impurezas de metal y la pátina de oxidación. Las transforman en un componente esencial de los paneles solares.
Pero no son paneles solares comunes. Son de perovskita, una de las formas de energía solar de mejor efectividad-costo y eficiencia.
Los investigadores del Centro de Investigación Jülich de Erlangen, Alemania, dicen que su nueva técnica recicla balas de plomo altamente contaminadas para obtener ioduro de plomo de alta pureza, compuesto necesario en volumen para fabricar las mejores celdas solares de perovskita. Los resultados de este equipo son paneles solares capaces de convertir la luz solar en electricidad con un 21% de efectividad. Las celdas solares de perovskita fabricadas con ingredientes de mayor pureza hoy convierten energía con una eficiencia de poco más de 27%.
“Las celdas solares de perovskita necesitan ioduro de plomo de alta pureza”, dijo Ian Marius Peters, físico y coautor del trabajo, en un posteo de LInkedIn donde compartió el estudio, “pero el plomo resulta tóxico y su minería y refinería requieren muchos recursos”.
“En material residual hay millones de toneladas de plomo sin utilizar ni aprovechar”, añadió Peters. “Este trabajo muestra que los residuos tóxicos pueden convertirse en recursos para generar energía limpia”.
Usemos ese plomo
Peters y sus colegas tomaron estas municiones antiguas de mosquetes y arcabuces de la era del Renacimiento, principalmente porque querían demostrar su concepto para este nuevo método. Según su nuevo trabajo publicado en marzo en Cell Reports Physical Science compraron los fragmentos de perdigones de mosquetes en eBay. Eligieron las balas porque se trata de una “fuente de provisión muy difícil” para obtener un ioduro de plomo de alta pureza. Es decir que quisieron demostrar que su proceso funciona incluso en plomo muy antiguo y lleno de impurezas químicas.
Su método de reciclado tiene dos pasos esenciales. Introducen dos electrodos hechos de esas balas de plomo fundidas y remoldeadas en una mezcla de solvente de acetonitrilo y ioduro disuelto, y en este baño líquido hacen pasar una corriente eléctrica. El equipo dice que el proceso produjo ioduro de plomo de muy alta pureza. También señalaron que su nuevo método tiene beneficios ecológicos porque limita el uso de químicos y produce agua residual con menos contaminación por plomo.
En el segundo paso, el polvo de ioduro de plomo, puro y amarillo, se usa para obtener cristales de perovskita mediante una técnica llamada cristalización por temperatura inversa, que usa calor en lugar de frío para inducir la formación deseada de moléculas y cristales.
Según Peters, este método de refinado a bajo costo dio como resultado células solares de perovskita “que estadísticamente no se pueden distinguir de los dispositivos hechos con precursores 5N” (5N es jerga en la industria para el material con 99,999% de pureza. Si puedes creerlo, me cuesta entender que 5N se refiera a “5 nueves”).
Cerrar el círculo
Los investigadores dijeron que emprendieron este proyecto como forma de captar “el 30 a 40% de los residuos de plomo” efectivamente abandonados al final de su ciclo de vida industrial. Es un sistema completamente nuevo, similar al del reciclado eficiente de las baterías de coche de ácido de plomo, que se requeriría para contribuir a aumentar la producción de células solares de perovskita.
“Es imperativo conseguir plomo de manera sustentable para aumentar la producción de estas células solares de perovskita”.
Se trata de una amplia categoría, que no necesariamente necesita plomo en su estructura cristalina para funcionar, pero las versiones basadas en plomo son las que demostraron ser más eficientes para convertir la luz solar en electricidad.
“A lo largo del tiempo los dispositivos basados en plomo siguen mejorando en su rendimiento”, le dijo a MIT News en 2022 Tonio Buonassisi, director del Laboratorio de Investigación de Fotovoltaicos del MIT. “Ninguna de las otras composiciones se les acerca en términos de rendimiento electrónico”.
Buonassisi dijo que las células solares de perovskita de haluro de plomo han sido el centro de atención de los investigadores de la perovskita en más de una década. Entre los muchos beneficios por sobre los paneles solares tradicionales con sílice, las perovskitas pueden entretejerse en células solares como de género, con materiales de polímeros flexibles y livianos. Las perovskitas pueden también combinarse para hacer paneles solares híbridos de sílice y perovskita, donde la eficiencia fue impactante, del 36% y mayor a la lograda por cualquiera de los materiales sin combinar.
“Se pueden mezclar y combinar átomos y moléculas en la estructura. Las perovskitas son muy personalizables, algo así como una estructura de cristales al estilo de escribe tu propia aventura”, señaló Buonassisi.
