BOSQUES ARTIFICIALES PARA DIVIDIR EL AGUA SOLAR.

Los investigadores De Berkeley Lab Dan la Primera Noticia sobre Un Nanosistema completamente integrado a la Fotosíntesis Artificial.
16 de mayo 2013.

Por: Lynn Yarris.

A raíz de la noticia preocupante que el dióxido de carbono atmosférico se encuentra ahora en su nivel más alto en al menos tres millones de años, se ha logrado un importante avance en la carrera para desarrollar fuentes de energía renovables sin emisiones de carbono. Científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) han informado del primer nanosistema totalmente integrado para la fotosíntesis artificial. Mientras la "hoja artificial" es el término popular para tal sistema, la clave de este éxito fue un "bosque artificial."

"Similares a los cloroplastos en las plantas verdes que llevan a cabo la fotosíntesis, nuestro sistema fotosintético artificial se compone de dos semiconductores absorbentes de luz, una capa interfacial para el transporte de carga, y espacialmente separados por co-catalizadores," dice Peidong Yang, un químico con Materiales de la División de Ciencias de Berkeley Lab, quien dirigió esta investigación. "Para facilitar la división del agua solar en nuestro sistema, se sintetizó en forma de árbol heteroestructuras de nanocables, que consta de los troncos y ramas de silicio de óxido de titanio. Visualmente, las matrices de estas nanoestructuras se parecen mucho a un bosque artificial ".

El esquema muestra nanocables de TiO2 (azul) obtenidos en la mitad superior de un nanocable de Si (gris) y las dos regiones absorbentes diferentes del espectro solar. Las inserciones se muestran pares de orificios de electrones fotoexcitados separados por la interfaz del electrolito semiconductor para llevar a cabo la disociación del agua con la ayuda de co-catalizadores (puntos amarillos y gris).

Yang, es el autor principal de un artículo que describe esta investigación en la revista Nano Letters. El documento se titula "Un Nanosistema completamente integrado de nanocables semiconductores para Dividir agua solar Directamente ". Coautores son Chong Liu, Jinyao Tang Hao Ming Chen y Liu Bin.
Las tecnologías solares son la solución ideal para la energía renovable de carbono-neutral, hay suficiente energía en una hora en el valor mundial de luz solar para satisfacer todas las necesidades humanas de un año. La fotosíntesis artificial, en la que la energía solar se convierte directamente en combustibles químicos, es considerada como una de las más prometedoras de las tecnologías solares. Un reto importante para la fotosíntesis artificial es producir suficiente hidrógeno barato para competir con los combustibles fósiles. Responder a este reto requiere un sistema integrado que puede absorber de manera eficiente la luz solar y producir portadores de carga para conducir la reducción del agua extraída y las semirreacciones de oxidación.

Peidong Yang (izquierda), Hao Ming Chen y Liu Chong (guantera) han desarrollado el primer sistema de fotosíntesis artificial a nanoescala totalmente integrado. (Foto por Roy Kaltschmidt)

"En la fotosíntesis natural la energía de la luz solar absorbida produce portadores de carga energizadas que ejecutan reacciones químicas en regiones separadas del cloroplasto", dice Yang. "Hemos integrado nuestra heteroestructura a nanoescala de nanocables en un sistema funcional que imita la integración en los cloroplastos y proporciona un modelo conceptual para una mejor eficiencia de conversión a combustible solar en el futuro."
Cuando la luz solar es absorbida por las moléculas del pigmento en un cloroplasto, se genera un electrón energizado que se mueve de molécula a molécula a través de una cadena de transporte hasta que en última instancia se impulsa a la conversión de dióxido de carbono en azúcares de carbohidratos. Esta cadena de transporte de electrones se llama un "esquema Z-" debido a que el patrón de movimiento se asemeja a la letra Z en su lado. Yang y sus colegas también utilizan un esquema Z en su sistema sólo se despliegan dos semiconductores abundantes y estables en la tierra - de silicio y óxido de titanio - cargados con co-catalizadores y con un contacto óhmico insertado entre ellos. El silicio se utilizó para el fotocátodo de generación de hidrógeno y óxido de titanio para el fotoánodo que genera oxígeno. La arquitectura de árbol se utiliza para maximizar el rendimiento del sistema. Como los árboles en un bosque real, las matrices densas de árboles artificiales de nanocables suprimen la reflexión de la luz del sol y proporcionan una mayor superficie para las reacciones que producen combustible.

"Una vez dada la iluminación pares de orificios de electrones por foto excitación, se generan por el silicio y el óxido de titanio, que absorben diferentes regiones del espectro solar," dice Yang. "Los electrones foto-generados en los nanocables de silicio migran a la superficie y reducen protones para generar hidrógeno, mientras que los orificios foto-generados en los nanocables de óxido de titanio oxidan agua para evolucionar a moléculas de oxígeno. Los portadores mayoritarios de carga tanto de los semiconductores se recombinan en el contacto óhmico, completando el relevo del esquema Z, similar a la fotosíntesis natural. "

Las matrices de nanocables en forma de árboles consistentes en troncos de Si y ramas de TiO2 facilitan división del agua solar en un sistema de fotosíntesis artificial totalmente integrado.

Bajo la luz solar simulada, este sistema de fotosíntesis artificial basada en en nanocables integrados para lograr un 0,12 por ciento en la eficiencia de conversión acombustible solar. Aunque comparable a algunas eficiencias de conversión fotosintética natural , esta tasa tendrá que ser mejorado sustancialmente para uso comercial. Sin embargo, el diseño modular de este sistema permite a los componentes individuales recién descubiertos a ser fácilmente incorporados para mejorar su rendimiento. Por ejemplo, señala Yang que la fotocorriente producida por los cátodos de silicio del sistema y los ánodos de óxido de titanio no coinciden, y que la producción de fotocorriente menor de los ánodos está limitando el rendimiento general del sistema.

"Tenemos algunas buenas ideas para desarrollar fotoanodes estables con un mejor rendimiento que el óxido de titanio", dice Yang. "Estamos seguros de que vamos a ser capaces de sustituir los ánodos de óxido de titanio en un futuro próximo y empujar la eficiencia de conversión de energía hasta en porcentajes de un solo dígito."

Fuente: Lawrence Berkeley National Laboratory.

EL PODER DE LAS FLORES LUCHA CONTRA LAS PLAGAS HORTÍCOLAS.

13 de mayo 2013.

Por: Bob Hoffmann.

Investigadores de la Universidad del Estado de Washington han descubierto que pueden controlar una de las plagas más graves para los productores de frutas , los áfidos, con una herramienta muy benigna: las flores. El descubrimiento es de gran ayuda para los cultivadores de árboles frutales orgánicos y convencionales.

Los investigadores publicaron recientemente su estudio en la revista Biological Control. Encontraron que las plantaciones de Lobularia marítima (sweet alyssum) atrae una gran cantidad de arañas e insectos depredadores que a su vez aprovechaban de los áfidos lanudos de la manzana, una plaga que los agricultores suelen controlar con aplicaciones químicas.

Lessando Gontijo con redes de sírfidos para medir la atracción a la lobularia .
(Fotos de Betsy Beers, WSU)

"Los resultados fueron sorprendentes", dijo Lessando Gontijo, quien dirigió el proyecto de investigación. "Después de una semana, las densidades de áfidos fueron significativamente más bajos en los árboles adyacentes a las flores que en las parcelas de control, y estas diferencias se mantuvieron durante varias semanas. "
Para seleccionar una flor apropiada para el estudio, los investigadores analizaron seis candidatos, entre ellos caléndulas y zinnias. Eligieron la lobularia (sweet alyssum) , ya que atrajo el mayor número de moscas ensimosas, o sírfidos, que tienen larvas que a menudo se alimentan de pulgones. Las moscas ensimosas y otros insectos son atraídos a las flores, ya que pueden encontrar comida en forma de polen y néctar.

Los investigadores compararon parcelas de manzanos con lobularia (sweet alyssum) a las parcelas sin flores. Mientras que la lobularia (sweet alyssum) atrajo moscas ensimosas, como lo deseo, Gontijo y sus colegas encontraron larvas de mosca ensimosa, mostrando que las moscas ensimosas tuvieron sólo un efecto marginal en la población de áfidos.

El misterio de la desaparición de los áfidos parecía resuelto cuando los investigadores encontraron una gran comunidad de arañas e insectos depredadores en las parcelas con lobularia. Pero ¿eran realmente las flores las que atraían los áfidos predadores? Los científicos rociaron marcadores de proteínas en la lobularia y más tarde capturaron insectos y arañas a una distancia de las parcelas de flores. Muchos de los insectos y las arañas fueron positivos para las proteínas, lo que demuestra que habían visitado las flores.

Un sírfido sobrevuela la lobularia.

"El pulgón lanudo está haciendo un daño sorprendentemente para un áfido, atacan los brotes de árboles y raíces", dijo Betsy Beers, una entomóloga y co-autora del articulo. "Estos áfidos también secretan un líquido pegajoso llamado melaza, que puede cubrir las manzanas, causando mucha molestia durante la cosecha. "
Los pulgones se mantuvieron previamente en los espacios intermedios cuando los horticultores aplicaron pesticidas para controlar las polillas de la manzana. Desde la eliminación de los insecticidas organofosforados, sin embargo, el pulgón lanudo ha estado haciendo una reaparición en el centro de Washington y en otros lugares.

Los investigadores afirman que el uso de la Lobularia para el control biológico se puede integrar fácilmente con las prácticas de gestión de la huerta estándar y debe ser especialmente atractivo para los productores orgánicos, que tienen menos opciones de insecticidas.

Fuente: Univ. Del Estado de Washington.

LAS PLANTAS “CONVERSAN” CON OTRAS PLANTAS PARA AYUDARLAS A CRECER.

07 de mayo 2013.

Tener una charla vecinal mejora la germinación de las semillas, la investigación se encuentra en la revista de acceso abierto BMC Ecology de BioMed Central. Incluso cuando se bloquean otros medios conocidos de la comunicación, tales como señales de contacto, químicas y de la luz mediada, las semillas de chile crecen mejor cuando se cultivan con plantas de albahaca. Esto sugiere que las plantas están hablando a través de vibraciones nanomecánicas.

Los investigadores trataron de cultivar semillas de chile (Capsicum annuum) en presencia o ausencia de otras plantas de chile, o de albahaca (Ocimum basilicum). En ausencia de una planta vecina, las tasas de germinación fueron muy bajas, pero cuando las plantas fueron capaces de comunicarse abiertamente con otras semillas fue cuando más las plántulas crecieron. (Crédito: © agofoto / Fotolia)

Monica Gagliano y Michael Renton de la Universidad de Australia Occidental intentaron cultivar semillas de chile (Capsicum annuum) en presencia o ausencia de otras plantas de chile, o de albahaca (Ocimum basilicum). En ausencia de una planta vecina, las tasas de germinación fueron muy bajas, pero cuando las plantas fueron capaces de comunicarse abiertamente con otras semillas las plántulas fue cuando más crecieron.
Sin embargo, cuando las semillas se separaron de las plantas de albahaca con plástico negro, de modo que no podían ser influenciadas por cualquiera de las señales de luz o químicas, germinaron como si todavía pudieran comunicarse con la albahaca. Una respuesta parcial se observó en las plantas de chile completamente desarrolladas bloqueadas de comunicación conocida con las semillas.

El Dr. Gagliano explicó, "Nuestros resultados muestran que las plantas son capaces de influir positivamente en el crecimiento de las semillas por algunos mecanismos todavía desconocidos. Malos vecinos, tales como el hinojo, evitan la germinación de semillas de chile de la misma manera. Creemos que la respuesta puede implicar señales acústicas generadas usando oscilaciones nanomecánicas del interior de la célula que permiten la comunicación rápida entre las plantas cercanas ".

Fuente: Monica Gagliano and Michael Renton. Love thy neighbour: facilitation through an alternative signalling modality in plants. BMC Ecology. BioMed Central Limited. Science daily.

ENERGÍA SOLAR ULTRA EFICIENTE.

Por: Mike Orcutt.

23 de Abril de 2013.
La duplicación de la eficiencia de los dispositivos solares cambiaría por completo la economía de la energía renovable. Aquí esta un diseño que podría hacerlo posible.

Harry Atwater piensa que su laboratorio puede hacer un dispositivo práctico y económico que produce más del doble de la energía solar generada por los paneles de hoy en día. La hazaña es posible, dice el profesor de Caltech de ciencia de los materiales y de física aplicada, debido a los recientes avances en la capacidad de manipular la luz a una escala muy pequeña.

Paneles solares en el mercado hoy en día consisten en células hechas de un material semiconductor único, generalmente de silicio. Dado que el material absorbe sólo una banda estrecha del espectro solar, gran parte de la energía de la luz del sol se pierde en forma de calor: estos paneles típicamente convierten menos de 20 por ciento de esa energía en electricidad. Sin embargo, el dispositivo que Atwater y sus colegas tienen en mente tendría una eficiencia de al menos el 50 por ciento. Se podría utilizar un diseño que divide de manera eficiente la luz solar, como un prisma hace, en seis a ocho componentes de longitudes de onda-cada uno de los cuales produce un color de luz diferente. Cada color se puede dispersar a continuación, a una celda hecha de un semiconductor que puede absorberlo.

El equipo de Atwater está trabajando en tres diseños. En uno (véase la ilustración), para el que el grupo ha hecho un prototipo, la luz del sol se recoge mediante un comedero metálico reflectante y dirigido a un ángulo específico en una estructura hecha de un material aislante transparente. El recubrimiento de la parte exterior de la estructura transparente son múltiples células solares, cada uno compuesto de una de seis a ocho semiconductores diferentes. Una vez que la luz entra en el material, se encuentra con una serie de filtros ópticos delgados. Cada uno permite que un solo color pase a través para iluminar una célula que puede absorberlo; los colores restantes se reflejan hacia otros filtros diseñados para dejarlos pasar.
Otro diseño emplearía filtros ópticos a nanoescala que podrían filtrar la luz que viene desde todos los ángulos. Y una tercera utilizaría un holograma en lugar de filtros para dividir el espectro. Mientras que los diseños son diferentes, la idea básica es la misma: combinar células de diseño convencional con técnicas ópticas para aprovechar de manera eficiente el amplio espectro de la luz solar y perder mucho menos de su energía.

Todavía no está claro qué diseño ofrecería el mejor rendimiento, dice Atwater. Sin embargo, los dispositivos previstos serían menos complejos que muchos productos electrónicos en el mercado hoy, dice, lo que lo hace seguro de que una vez que un prototipo convincente esté fabricado y optimizado, que podría ser comercializado de una manera práctica.

El logro de una eficiencia ultra elevada en los diseños solares debe ser un objetivo primordial de la industria, afirma Atwater, ya que ahora es "la mejor palanca que tenemos" para reducir el costo de la energía solar. Eso es porque los precios de los paneles solares se han desplomado en los últimos años, por lo que dejar de centrarse en hacer que sean menos costosos tendría poco impacto en el costo total de un sistema de energía solar, los gastos relacionados con cosas como el cableado, la tierra, los permisos y la mano de obra ahora constituyen la gran mayoría de ese costo. Haciendo módulos más eficientes significaría que se necesitarían menos paneles para producir la misma cantidad de energía, por lo que los costos de instalación y del hardware podrían reducirse en gran medida. "Dentro de unos años", dice Atwater, "no habrá ningún punto para trabajar en tecnología que haga que la eficiencia sea menos del 20 por ciento."

Fuente: MIT Technology Review.