La resurrección de la bombilla

Condenadas a muerte por su baja eficiencia, las lámparas incandescentes podrían tener una segunda oportunidad. Investigadores estadounidenses han conseguido que el calor que emiten se convierta en más luz. Con los primeros prototipos han igualado en rendimiento a algunas lámparas LED, pero gracias a la nanotecnología están convencidos de que iluminarán más y mejor que las luminarias actuales.

La de las bombillas es una de las tecnologías más ineficientes que haya inventado el ser humano. Desde que Edison y Swan presentaran sus respectivas bombillas hace casi 140 años, sus fundamentos han cambiado poco: la corriente eléctrica pasa por un material que funde a muy alta temperatura (el wolframio o tungsteno) rodeado por un gas inerte para que el filamento no se queme y todo encerrado en una cápsula de vidrio. El problema de esta tecnología es que consume demasiada energía para la poca luz que da. Solo entre el 10% y el 15% de la energía es convertida en luz visible, el resto se transforma en calor, en su mayoría en forma de radiación infrarroja, en el rango no visible del espectro.

Aunque esa ineficiencia es parte de su encanto, ya que es responsable de la calidez que dan las bombillas incandescentes, también ha provocado que las distintas autoridades hayan prohibido su fabricación y venta e impuesto una agenda de retirada. En Europa, ya no se pueden conseguir las más ineficientes y solo las halógenas con una mayor ratio de lumen por vatio (lm/w) han logrado una moratoria hasta 2018. En México, por ejemplo, no se comercializa ninguna incandescente desde el año pasado.

El prototipo iguala a lámparas fluorescentes y algunas LED pero aún tiene margen de mejora

Durante décadas, muchos han investigado cómo aumentar el rendimiento de las lámparas incandescentes. Una de las posibilidades más evidentes era encontrar la manera de convertir la radiación infrarroja en luz visible. En 1977, hubo quien registró una patente de un sistema que reflejaba los infrarrojos de nuevo contra el filamento. Pero operar sobre un finísimo hilo de tungsteno a unos 2.700º no era fácil entonces ni ahora.

Por eso, lo que ha hecho un grupo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha sido manipular el tungsteno antes de calentarlo. Primero, aplastaron el filamento para dejarlo casi en una estructura bidimensional, plana. Buscaban así aumentar la superficie emisora. Lo segundo fue hacerle un bocadillo con 300 finísimas capas de cuatro materiales diferentes. Todos son óxidos (de silicio, de aluminio, tantalio o titanio), todos son muy abundantes y los cuatro presentan, a escala nanométrica, la capacidad para reflejar parte del espectro de la luz mientras dejan pasar el resto.

"El avance clave ha sido diseñar una estructura fotónica que transmite la luz visible y refleja la luz infrarroja en un amplio rango de ángulos", explica en una nota el investigador del MIT y principal autor de la investigación, Ognjen Ilic. De esta manera, la corriente eléctrica pasa por el tungsteno hasta que entra en incandescencia, de toda la radiación emitida, los materiales que rodean al filamento devuelven la infrarroja de nuevo hacia el tungsteno, recalentándolo. Así, genera más luz reciclando la energía térmica y con menor eléctrica.

300 capas de material fotónico rodean el filamento atrapando la radiación infrarroja

En el prototipo de bombilla que diseñaron, y por razones de operatividad, usaron solo 90 capas y únicamente con dos de los materiales, el óxido de silicio y el óxido de aluminio. Aún así triplicaron la eficiencia de las bombillas convencionales e igualaron a las de las de bajo consumo y algunos de los LED que hay en el mercado. Sin embargo, su modelo teórico prevé que puedan alcanzar un rendimiento del 40%, superando incluso a las tecnologías de iluminación LED más avanzadas, según muestran en la revista Nature Nanotechnology.

Pero tan importante como la eficiencia es la fidelidad al color. La capacidad que tiene una fuente luminosa para reproducir fielmente los colores se mide con el denominado índice de reproducción cromática (CRI, por sus siglas en inglés). El máximo es 100 y se corresponde con el de las bombillas incandescentes, lo más parecido al Sol que puede haber durante la noche. Por comparar, las lámparas de sodio no llegan a un CRI de 70 y solo algunas de las nuevas fluorescentes logran un 85 y solo los mejores LED alcanzan el 95. Ese es el CRI que ha conseguido el prototipo de bombilla del MIT.

Aún les queda resolver algunos problemas, como apilar las 300 capas de nanomaterial, cubrir todos los ángulos en un objeto esférico o resolver el recalentamiento del hilo de tungsteno, pero los investigadores creen que su idea podría resucitar a la lámpara incandescente. Otra cosa es que su resurrección llegue demasiado tarde y las lámparas LED, grafeno y quién sabe qué nuevo material más ya le hayan quitado su sitio.