Un dispositivo práctico y barato que fuera capaz de transformar el calor directamente en electricidad podría transformar el consumo energético, desde el de los coches hasta el de las plantas eléctricas. Dando un paso más para conseguir un dispositivo de este tipo, los investigadores han creado un material que produce aproximadamente un 20 por ciento más de electricidad del calor que anteriores materiales termoeléctricos. Además, para fabricarlo no se requieren técnicas de fabricación difíciles o caras y está hecho de telururo de plomo, que no tiene un precio prohibitivo.

En la actualidad malgastamos cantidades ingentes de calor. Se arroja a la atmósfera procedente de tubos de escape y chimeneas industriales. Los materiales termoeléctricos pueden generar corriente eléctrica con ese calor, pero hasta ahora resultaban demasiado caros e ineficaces para que pudiera haber un uso masivo de los mismos.

La termoeléctrica ha encontrado algunas aplicaciones comerciales muy especializadas. Además de generar electricidad, puede hacer lo contrario, usando la corriente eléctrica para mover el calor en las neveras portátiles y en los calentadores de asiento de coches. También se ha usado como sistema generador de energía en las misiones espaciales.

Al contrario que anteriores materiales termoeléctricos, este nuevo material, que se describe en la revista Nature, podría ser lo suficientemente eficiente como para que los generadores termoeléctricos resulten prácticos. El material funciona mejor a temperaturas elevadas, unos 650 ºC., que es la temperatura aproximada a la que salen los gases del tubo de escape de un coche que circule a unos 100 kilómetros por hora. A esa temperatura, el material podría convertir un 20 por ciento de la energía que sale del tubo en electricidad. Esa energía se podría usar, por ejemplo, para cargar la batería en un vehículo híbrido o reducir la carga del alternador del coche y mejorar el consumo de combustible (ver “Alimentando su coche con calor residual”).

Un material termoeléctrico impide que el calor fluya a través de él, pero permite que los electrones sí lo hagan, creando así una corriente eléctrica. El nuevo material es bueno bloqueando el calor gracias a que usa interrupciones o fronteras microscópicas dentro del mismo. A pequeña escala, los investigadores añadieron impurezas al material que interrumpen su estructura cristalina regular a la escala de átomos individuales. Para interrupciones a una escala ligeramente más grande, añadieron trozos a nanoescala de un material parecido, cada uno de ellos de dos a diez nanómetros de anchura. Finalmente, controlando cómo cristaliza el material al enfriar, crearon granos microscópicos que tienen unos cientos de nanómetros de anchura. Antes, distintos grupos de investigadores habían logrado cada una de estas cosas por separado. “Somos los primeros en unirlo todo”, afirma Mercouri Kanatzidis, el profesor de química de la Universidad Northwestern (EE.UU.) que ha dirigido el trabajo.

Una clave para que el material funcionara era asegurarse de que las interrupciones no bloquearan también el flujo de electrones. Los investigadores lo han logrado añadiendo impurezas al material que aumentan el número de electrones en el mismo y escogiendo nanoestructuras que se orientan automáticamente en el material más grande de tal forma que se genera un camino claro para el flujo de electrones.

John Fairbanks, gestor de desarrollo de tecnologías en el Departamento de Energía de Estados Unidos, afirma que el nuevo material es “un gran avance”, pero avisa de que comercializarlo podría ser un reto. Un dispositivo termoeléctrico necesita versiones tanto positivas como negativas del material (tipos p y n, por sus siglas en inglés). El nuevo material solo es de tipo positivo, así que aún necesita su pareja, explica. Además, los legisladores en Estados Unidos y la Unión Europea sentirán cierto rechazo a incluir un  material basado en el plomo en un vehículo, aunque Fairbanks sostiene que la cantidad del mismo será mucho menor que el que se encuentra en una batería normal. El material también se podría usar en marcos industriales y plantas eléctricas para capturar el calor que actualmente se disipa.