Al igual que cualquier empresa, las fuerzas de defensa están investigando las tecnologías más eficientes, fácilmente desplegables y rentables para abastecer de energía a los ejércitos, las marinas y las fuerzas aéreas.
Dado que los ejércitos modernos dependen cada vez más de un suministro de energía ininterrumpido para las comunicaciones, la vigilancia y las tecnologías autónomas, existe una necesidad creciente de proteger las fuentes de energía contra las interrupciones.
Es aquí donde las células solares de perovskita (PSC) están comenzando a desempeñar un papel importante en el fortalecimiento de la independencia energética en una amplia gama de tecnologías existentes y emergentes.
Usos actuales
Las PSC se han hecho famosas por su composición ultraligera, su flexibilidad de aplicación y sus propiedades de rendimiento altamente eficientes, incluso en entornos con poca luz.
Durante las pruebas de laboratorio, las células solares de perovskita han demostrado ser más de un 25 % más eficientes que las células solares de silicio convencionales.
Esa cifra ha aumentado desde apenas un 3 % en el transcurso de una década, lo que convierte a las PSC en el material fotovoltaico que más rápido ha mejorado en términos de eficiencia.
Esta eficiencia extrema, combinada con la capacidad de fabricar PSC en forma de láminas delgadas, ligeras y flexibles, facilita su integración en superficies no tradicionales.
En el sector de la defensa, ya han comenzado en serio las pruebas en condiciones reales de las PSC, centradas en reforzar la seguridad energética.
Por ejemplo, el Ejército de los Estados Unidos ha comenzado a probar células solares de perovskita para su uso en microrredes móviles modulares, diseñadas para un despliegue rápido durante operaciones militares o desastres naturales.
Si se cortan las fuentes de energía tradicionales, estas microrredes energéticamente eficientes pueden proporcionar un recurso confiable para respaldar la infraestructura crítica, al tiempo que reducen la dependencia de los generadores diésel y los suministros de combustible, que a menudo se consideran vulnerabilidades desde una perspectiva de defensa.
También existe la oportunidad de utilizar las PSC para mejorar la autonomía de los vehículos aéreos no tripulados (UAV), como los drones de largo alcance y gran altitud.
El Ejército de los Estados Unidos ya ha invertido 20 millones de dólares en una serie de drones de larga autonomía alimentados con energía solar para vigilancia y reconocimiento.
En Austria, un equipo de investigación ha creado con éxito drones autónomos alimentados por células solares de perovskita. Si bien estos drones del tamaño de la mano aún no se producen a la escala requerida por la industria de la defensa, los resultados demuestran el potencial futuro de la tecnología.
El peso sigue siendo el principal desafío para la autonomía y el rendimiento de los UAV, ya que añadir células solares pesadas a las alas de un dron puede reducir la duración del vuelo.
El uso de células solares de perovskita más ligeras y de mayor eficiencia podría prolongar significativamente las misiones de los UAV de días a semanas, lo que permitiría un tiempo de vuelo más prolongado sobre zonas de conflicto o regiones afectadas por desastres.
El papel del grafeno
Si bien la eficiencia de las células solares de perovskita (PSC) ya ha avanzado a pasos agigantados, aún hay margen para mejoras prometedoras.
Las investigaciones realizadas por nuestro equipo junto con el fabricante australiano de PSC Halocell han demostrado que añadir grafeno a una PSC puede aumentar la eficiencia en más de un 30 %.
Los costos de producción también pueden reducirse hasta en un 80 %, ya que el grafeno disminuye el volumen necesario de materiales conductores costosos, como la plata y el oro.
La combinación de alta eficiencia, baja intensidad de capital y fabricación rápida rollo a rollo hace que las PSC mejoradas con grafeno sean una opción muy atractiva para aplicaciones de defensa.
Sin embargo, uno de los mayores retos de las células solares de perovskita ha sido la durabilidad a largo plazo, ya que suelen tener una vida útil más corta que las células de silicio tradicionales.
Aquí es donde el grafeno podría suponer un cambio revolucionario para la industria de la defensa. Este material único es uno de los más resistentes que existen y ha demostrado sistemáticamente su capacidad para mejorar la durabilidad cuando se incorpora a otros materiales.
Más allá de las aplicaciones militares y de defensa, el valor estratégico de las células solares de perovskita mejoradas con grafeno también radica en la resiliencia logística.
Las operaciones militares modernas se ven muy limitadas por las cadenas de suministro, en particular por la necesidad de transportar combustible a entornos remotos o en zonas de conflicto.
Cada litro de combustible que se transporta a una base de operaciones avanzada conlleva tanto un costo financiero como un riesgo operativo.
Las soluciones solares ligeras y de rápido despliegue podrían reducir esta carga al permitir que las unidades generen energía de forma independiente durante períodos prolongados.
Con el tiempo, este cambio no solo mejoraría la autonomía operativa, sino que también reduciría las emisiones, disminuiría las huellas de ruido y mejoraría la capacidad de supervivencia general de los sistemas de defensa que dependen de la energía.
No hay duda de que es necesario seguir investigando, pero está surgiendo una visión clara del papel que el grafeno podría desempeñar en el sector de la defensa en general.
Aplicaciones futuras
Las células solares de perovskita mejoradas con grafeno aún no son soluciones listas para usar en el campo de batalla.
En la actualidad, el mercado principal de las PSC desarrolladas por First Graphene y Halocell son los dispositivos electrónicos pequeños, aunque las perspectivas a largo plazo son mucho más amplias.
Halocell ha identificado más de 40 aplicaciones potenciales de las PSC en el ámbito de los pequeños aparatos electrónicos, desde controles remotos de televisores hasta linternas y alumbrado de jardines al aire libre.
Queda un largo camino por recorrer antes de que los módulos solares actualmente capaces de reemplazar las baterías desechables en los controles remotos de televisores puedan aplicarse a drones de largo alcance para la industria de la defensa.
Sin embargo, el panorama general radica en la aplicación de esta tecnología en rápida evolución en los sectores de defensa y aeroespacial, con una inversión mundial en defensa que alcanza niveles récord.
Solo en Australia, se prevé que se inviertan más de 765 000 millones de dólares australianos (545 300 millones de dólares) en la industria de defensa local durante la próxima década.
Esto representa una gran oportunidad para que los fabricantes locales colaboren con los desarrolladores de tecnologías renovables modernas y se incorporen a un sector en rápida expansión.
En una era en la que el acceso a la energía es tanto un objetivo como una meta para las naciones, la capacidad de generar energía confiable y asequible constituye una ventaja estratégica.
Las células solares de perovskita mejoradas con grafeno que ofrecen empresas como First Graphene y Halocell representan una convergencia entre la ciencia de los materiales, la energía renovable y la estrategia de defensa.
A medida que se intensifica la competencia geopolítica, las naciones que inviertan tempranamente en estas tecnologías fundamentales podrían encontrarse mejor preparadas para afrontar los conflictos y las crisis del futuro.
Autor: Michael Bell, director general y consejero delegado de First Graphene
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