El sol es la fuente de energía renovable más abundante. Sin embargo, todas las tecnologías diseñadas para aprovechar este tipo de energía, incluyendo las células fotovoltaicas y los biocombustibles, requieren de pasos intermedios y de un tipo de infraestructura concreta para poder convertir los rayos del sol en algo que se pueda utilizar para hacer que una máquina funcione. Investigadores de la Universidad de California, en Berkeley, están utilizando nanotubos de carbono para construir máquinas acuáticas simples y de pequeño tamaño, y propulsadas directamente por la luz solar. En teoría, según señalan los investigadores, estas máquinas se podrían fabricar a mayor escala y así obtener surtidores de energía que funcionasen directamente gracias a la luz del sol.

Este tipo de máquinas solares funcionan a partir de la tensión de la superficie acuática. Las moléculas del agua están fuertemente atraídas entre sí. Este tipo de interacción de alta energía, y bajo las condiciones apropiadas, es capaz de empujar objetos a través del agua. Las máquinas de Berkely son piezas de plástico transparente, de aproximadamente un centímetro en su borde más largo, y tienen unas tiras de nanotubos de carbono incrustadas y alineadas verticalmente. Cuando la luz del sol o de un láser cae sobre la máquina flotando en una piscina de agua, los nanotubos se calientan y hacen que el agua a su alrededor también se caliente. Esto causa una reducción en la tensión superficial localizada en una región de la máquina, lo que provoca que sea propulsada y se aleje de esta zona de baja tensión en la superficie.

Otros sistemas similares hacen que la tensión superficial se rompa mediante el uso de pulsos eléctricos, pero requieren una fuente de energía tal como una batería o una célula solar. “Este sistema es mejor porque se eliminan intermediarios y se obtiene un alto rendimiento,” comenta Alex Zettl, profesor de física de materia concentrada en Berkeley y que dirigió el proyecto junto a Jean M.J. Fréchet, profesor de química e ingeniería química. “Creemos haber descubierto algo realmente importante, ya que la tensión de la superficie es muy poderosa,” señala Zettl.

Hasta ahora, el equipo de Berkeley ha podido hacer demostraciones con dos máquinas solares de diseño básico. La primera, un barco rectangular de plástico con una tira de nanotubos en la parte de atrás, se mueve en sentido lineal. Si se le aplica un haz de láser o se usa una lente para enfocar luz solar en el centro de la tira de nanotubos o en las esquinas, el barco puede ser dirigido en línea recta o en círculos. Cuando se le enfoca un haz de luz, un barco de aproximadamente un centímetro de largo puede desplazarse con una velocidad de hasta ocho centímetros por segundo. La segunda máquina es un rotor simple con una tira de nanotubos en el lado de cada una de sus cuatro aspas. Cuando es expuesto a la luz solar, gira a una velocidad de aproximadamente 70 rotaciones por minuto. Ambas máquinas sólo han sido probadas dentro de contenedores en un laboratorio.

“Todo esto es bastante sencillo, aunque para hacerlo posible hemos utilizado materiales muy sofisticados,” señala Zettl. A principios de este mes, investigadores de la Univesidad de Meijo en Japón fueron capaces de establecer que los nanotubos de carbono colocados como si se tratara de un bosque, en series verticales, son los materiales de color más negro que jamás se han puesto a prueba, y que absorben la mayoría de la luz que recae sobre ellos. “Este material tiene las propiedades ideales para capturar la energía que nos llega del sol,” afirma Fréchet.

Zettl y Fréchet señalan que, en teoría, estos efectos termales sobre la tensión superficial se podrían provocar a mayor escala. El equipo de Berkeley ha iniciado sus estudios con maquinas a escala milimétrica no sólo porque son más cómodas de testar en el laboratorio, sino también porque la manipulación de objetos de este tamaño dentro de un líquido conlleva una serie de desafíos. Las turbulencias son un factor enorme dentro de esta escala milimétrica, comenta Fréchet. Estos mecanismos accionados mediante luz podrían utilizarse para mover objetos de escala nanométrica a través de los dispositivos microfluídicos que se utilizan para los diagnósticos médicos. A escala nanométrica, según Fréchet, “la tensión de la superficie supera a la gravedad.” Los investigadores también esperan poder realizar su proyecto a mayor escala y construir barcos de verdad. Podrían instalarse lentes en la parte de atrás del barco que enfocasen una cantidad de luz solar suficiente sobre los nanotubos como para propulsarlo. También esperan poder construir rotores de gran tamaño con nanotubos incrustados y utilizarlos en la fabricación de generadores accionados por luz solar.

“Lo que hay que ver ahora es si todo esto es capaz de funcionar en un entorno real,” comenta Dean Alhorn, ingeniero principal del NanoSail-D, el satélite de la NASA accionado por luz solar. Este satélite, que entró en fase de pruebas este verano, usa un material reflectante para absorber el momento (momentum, en inglés) de los protones, en vez del calor; esta tecnología debería funcionar sin problemas dentro del entorno vacío del espacio, pero no ha resultado práctica en la Tierra hasta la fecha. Alhorn señala que Zettl y Fréchet han demostrado de forma convincente que es la luz, y no otra cosa, la que hace que los pequeños barcos se muevan. Sin embargo, advierte que las máquinas sólo se han probado en receptáculos de agua dentro del laboratorio. Según Alhorn, los investigadores tendrán que dar respuesta a una pregunta, “¿Cuánta fuerza serán capaces de generar, en oposición a otras fuerzas presentes en el mundo real como la de las olas?”

De hecho, los investigadores de Berkeley señalan que su próximo paso es seguir desarrollando sus dispositivos. “Todo esto podría ser muy eficiente, ya que los nanotubos absorben la luz muy bien, pero aún está por ver si es un sistema de termodinámica viable,” comenta Zettl.