Prueban las cáscaras de arroz para crear luz LED respetuosa con el medio ambiente

Nuevas alternativas energéticas, investigaciones y estudios que tienen como objetivo proteger el planeta arrojan un rayo de esperanza y demuestran que el cambio hacia un mundo más sostenible es posible y ya se está llevando a cabo.

La economía circular, en este sentido, se ha convertido en un nuevo e interesante aliado para hacer de este un mundo más sostenible. Y en este caso, la reutilización de desechos de cáscaras de arroz, hasta ahora llevada a cabo sobre todo en actividades del sector agropecuario, ahora da un paso más.

La búsqueda de energías renovables y métodos para crear luz de manera sostenible y natural, están de celebración: las cáscaras de arroz podrían ser clave en la creación de luz LED.

Así es. Un equipo de científicos del Centro de Ciencias Naturales para la Investigación y el Desarrollo Básicos de la Universidad de Hiroshima, ha logrado llevar a cabo un innovador método que logra transformar los desechos de la cáscara de arroz en diodos emisores de luz de última generación de una manera económica y respetuosa con el medio ambiente.

Economía circular y reciclaje de cáscaras de arroz

Se sabe que el arroz es la base de la alimentación en Asia, aunque ahora también puede ser un elemento estratégico en iluminación. De hecho, el proceso de molienda para separar el grano de arroz de la cáscara, supone unos 100 millones de toneladas de residuos en todo el mundo. Entonces, los investigadores que buscan un método escalable para fabricar puntos cuánticos, han desarrollado un método de reciclaje de ese residuo de cáscaras de arroz para crear la primera luz LED de punto cuántico (QD) de silicio.

Cabe destacar que los puntos cuánticos son fotoactivos, lo cual quiere decir que absorben la luz y son capaces de emitirla después. Cuando lo hacen, la luz que emite cada punto es un color específico (o longitud de onda), dependiendo del tamaño del núcleo. Esto ocurre sin importar que los puntos estén hechos del mismo material.

En primer lugar, los científicos basaron su investigación en las propiedades luminiscentes con las que cuenta el silicio poroso (Si). Se trata de un material abundante en la naturaleza, el cual no es tóxico y tiene interesantes particularidades.

Fabricar puntos cuánticos amigables con el medio ambiente

Los investigadores se propusieron encontrar un nuevo método para fabricar puntos cuánticos que tuviera un impacto ambiental positivo. Resulta que las cáscaras de arroz de desecho son una excelente fuente de sílice de alta pureza (SiO2) y polvo de silicio de valor agregado.

“Dado que los puntos cuánticos típicos a menudo involucran material tóxico, como cadmio, plomo u otros metales pesados, las preocupaciones ambientales se han deliberado con frecuencia al usar nanomateriales. Nuestro proceso y método de fabricación propuestos para QD minimiza estas preocupaciones”, explicó el científico japonés Ken-ichi Saitow, autor principal del estudio y profesor de química en la Universidad de Hiroshima.

Incluso, los investigadores aseguran que el proceso que han llevado a cabo para fabricar puntos cuánticos minimiza el uso de material tóxico como cadmio y otros materiales pesados, con el objetivo de ser lo menos contaminante posible.

Proceso de obtención de microcristales luminiscentes

La investigación, publicada en la revista de la Sociedad Química Americana ACS Sustainable Chemistry & Engineering, demuestra que el residuo de cáscaras de arroz posee un alto valor a la hora de pensar en estas nuevas luces LED. Y es que la cáscara de arroz es una fuente de sílice de alta pureza y, tras procesarla, se obtienen partículas cristalinas capaces de ofrecer una eficiencia de luminiscencia de más del 20%.

Para lograrlo, el equipo usó una combinación de molienda, tratamientos térmicos y grabado químico para procesar la sílice de la cáscara de arroz. Para empezar, se extrajeron polvos de sílice (SiO2) al quemar los compuestos orgánicos de la previa molienda de cáscara de arroz. Seguidamente, se llevó a cabo el calentamiento del polvo de sílice resultante mediante un horno eléctrico para la obtención de polvos de Si mediante una reacción de reducción. Finalmente, el producto se convierte en un polvo de Si purificado, reduciéndolo a un tamaño de tres nanómetros mediante un proceso de grabado químico.

“Esta es la primera investigación para desarrollar un LED a partir del desecho de cáscaras de arroz”, dijo Saitow. Y agregó, “la calidad no tóxica del silicio convierte a los puntos cuánticos semiconductores disponibles en la actualidad en una alternativa atractiva. Lo que implica que el método que hemos llevado se trate de un método noble para desarrollar puntos cuánticos respetuosos con el medio ambiente a partir de productos naturales”.

La construcción de emisores LED

Las micropartículas de tres nanómetros, obtenidas previamente mediante el proceso desarrollado por los científicos, se utilizan para ensamblar los futuros LED. Para llevar a cabo esta tarea, se utilizó un sustrato de vidrio de óxido de indio y estaño (ITO) que funciona como un excelente conductor de la electricidad y que, además, es suficientemente transparente para la emisión de la luz. Seguidamente se recubrieron por rotación capas adicionales sobre el vidrio ITO, incluida la capa de SiQD. Finalmente, el material se cubrió con un cátodo de película de aluminio.

El método de síntesis química que desarrolló el equipo les ha permitido evaluar las propiedades ópticas y optoeléctricas del diodo emisor de luz SiQD, incluidas las estructuras, los rendimientos de síntesis y las propiedades de los polvos de SiO2 y Si y los SiQD.

Un experimento por desarrollar

Los próximos pasos de los investigadores japoneses incluyen el desarrollo de una luminiscencia de mayor eficiencia en los SiQD y los LED. Además, explorarán la posibilidad de producir LED SiQD diferentes del color rojo anaranjado que acaban de fabricar.

“Al sintetizar SiQD de alto rendimiento a partir de cáscaras ricas y dispersarlas en solventes orgánicos, es posible que algún día estos procesos puedan implementarse a gran escala, como otros procesos químicos de alto rendimiento”, dijo Saitow.

“Estos productos naturales y sus desechos podrían tener el potencial de ser transformados en dispositivos optoelectrónicos no tóxicos”, zanjó Ken-ichi Saitow.

De cara al futuro, esta investigación tan solo es el principio de algo más grande. De hecho, los científicos sugieren que el mismo proceso que han desarrollado podría realizarse con otras plantas, como el bambú, la caña de azúcar, el trigo, la cebada o las gramíneas, que contienen SiO2.