Energia beti izan da funtsezko faktorea giza gizartearen eraldaketan eta aurrerapenean. Garrantzi hori bereziki agerikoa bihurtu zen bi Industria Iraultzen ondoren, jendea gero eta kontzienteagoa bihurtuz energiaren garapenaren funtsezko eginkizunaz.
Gaur egungo gizarte azkar aurreratuan, energia-iturri tradizionalek, hala nola erregai fosilek (ikatza, petrolioa, etab.), erronka handiei aurre egin behar diete birsorkuntza-ziklo luzeen, erreserben beherakadaren eta kalitatearen beherakadaren ondorioz. Arazo hauek gero eta zailagoa egiten dute energia-eskaria gero eta handiagoa asetzea, energia-iturri berrien garapena eta erabilera lehen planora bultzatuz.
Fotosintesitik inspirazioa ateratzea: eguzki-energia aprobetxatzea
Dakigunez, Lurrean erabil daitekeen energia ia guztia landareen fotosintesitik dator.
Fotosintesia prozesu biologiko bat da, non landareek azukreak sintetizatzen dituzten karbono dioxidoa eta ura erabiliz eguzki-argiaren azpian. Azukre hauek metabolismoan zehar energia askatzen dutenez, eguzki-energia modu honetan gordetzen da.
Hala ere, energia hau ez da erraz erabil daiteke eta normalean elektrizitate bihurtu behar da, normalean erabiltzen dugun moduan. Fisikaren arabera, energia bihurtzeak beti dakar galera bat. Horregatik, eguzki-energia zuzenean elektrizitate bihurtzea ikerketa-arlo kritiko bihurtu da.
Eguzki-energia zuzenean elektrizitate bihur daiteke? Eta zer faktorek eragiten dute prozesu honetan? Galdera sakonak ziren hauek XIX. mendearen hasierako zientzialarientzat. Zorionez, aurrerapen garrantzitsu bat sortu zen XIX. mendearen amaieran.
Efektu fotoelektrikoaren aurkikuntza
1887an, Heinrich Hertz fisikari ospetsuak —maiztasunaren unitate gisa erabiltzen den izena gaur egun— ustekabean aurkitu zuen material batzuen gainazaletan jotzen zuen argiak haien propietate elektrikoak alda zitzakeela. Geroagoko ikerketek agerian utzi zuten fenomeno hori elektroi-fluxuak eragiten zuela, geroago efektu fotoelektrikoa deitu zitzaiona.
Garai hartan, Newtonek sortutako fisika klasikoak nagusitzen zuen pentsamendu zientifikoa. Argia eter izeneko ingurune batean zehar bidaiatzen zuen uhin bat zela zioen (urmael batean zehar hedatzen diren uhinen antzekoa). Teoria honen arabera, uhin baten energia bere anplitudearen (argiaren intentsitatearen) araberakoa zen.
Azalpen hau intuitiboa zirudien. Adibidez, eguzki-argia atsegin handiz berotzen da neguan, baina udako bero bizian erredurak eragin ditzake. Beraz, fisika klasikoaren arabera, efektu fotoelektrikoa argiaren intentsitatearen araberakoa zela uste zen. Hala ere, esperimentuek kontrakoa erakutsi zuten.
Ikerketek frogatu zuten material jakin baterako, argiaren kolore batzuek ezin zutela efektu fotoelektrikoa eragin intentsitatea edozein dela ere, eta beste batzuek, berriz, elektrizitatea sor zezaketela intentsitate baxuan ere. Aurkikuntza hauek fisika klasikoaren aurka zeuden, krisi batean sartuz eta iraultza zientifiko bat piztuz.
Einsteinek misterioa argitzen du
Zientzia-ekaitz honen erdian, Albert Einsteinek efektu fotoelektrikoaren azalpen iraultzailea eman zuen.
Einsteinek proposatu zuen argia fotoiz osatuta dagoela, eta bakoitzak energia-pakete diskretu bat adierazten duela. Fotoi baten energia bere maiztasunaren araberakoa da (segundoko oszilazio kopurua), ez bere intentsitatearen araberakoa. Beraz, material batek elektroiak sor ditzakeen ala ez fotoiaren energiaren araberakoa da erabat, ez fotoi kopuruaren araberakoa.
Einsteinen ikuspegi iraultzaileari esker, 1921eko Fisikako Nobel Saria irabazi zuen, fisika klasikoak azaltzen ez zuen arazo kritiko bat konpondu baitzuen.
Eguzki-zelulak: Argia elektrizitate bihurtzen
Efektu fotoelektrikoaren aurkikuntzak eguzki-zelulen bezalako aplikazio praktikoetarako bidea ireki zuen.
Eguzki-zelula batek sandwich baten antza du, elektroi-garraio geruza baten eta zulo-garraio geruza baten artean geruza aktibo sentikor bat jarrita. Egituraren bi muturrak elektrodo-materialak dira, askotan metala eta indio-eztainu oxidoa (ITO).
Geruza aktiboak fotoiak xurgatzen dituenean, bere elektroiak energia maila altuagoetara kitzikatzen dira. Elektroi kitzikatu hauek elektroi garraio geruzara transferitzen dira, eta "zuloak" (elektroirik gabeko eskualdeak) zulo garraio geruzak eroaten ditu. Antolamendu honek zirkuitu bat sortzen du, korrontearen fluxua ahalbidetuz.
Gailu-egitura hori erabiliz, eguzki-energia zuzenean elektrizitate bihur daiteke, energia-iturri eraginkor eta garbi bat emanez.
Zientziaren esplorazioari omenaldia
Eguzki-zelulen printzipioak erakusten du nola hobetu dituen gure bizitzak esplorazio zientifikoak. Zientzialari ugariren dedikazioari eta haien aurkikuntza berritzaileei esker, gizateriak naturaren indarra aprobetxatzen jarraitzen du etorkizun hobea lortzeko. Omenaldia egin diezaiegun haien ekarpen apartekoei!
