Una impresora 3D de electrónica podría dar una nueva forma a la energía solar y al almacenamiento de energía

De pv magazine Australia

Syenta, empresa derivada de la Universidad Nacional Australiana (ANU), acaba de obtener 2,46 millones de dólares de financiación inicial para ayudar a ofrecer sus impresoras electrónicas 3D a sus primeros clientes. Después de trabajar en el producto durante los últimos tres años, la cofundadora y consejera delegada Jekaterina Viktorova explica a pv magazine Australia que la startup buscará en breve opiniones sobre su impresora inicial, que puede construir prototipos electrónicos.

“La llamamos impresora electrónica, pero en realidad es una impresora 3D multimaterial. Puedes hacer literalmente lo que quieras”, afirma Ben Wilkinson, director de investigación y desarrollo de Syenta.

Syenta imprime con electroquímica, utilizando un método puramente aditivo. Este enfoque tiene potencial para remodelar los costes de fabricación debido a su simplicidad, pero también porque la impresora utiliza lo que son esencialmente materiales precursores. Es decir, si alguien quiere imprimir con cobre, la “tinta” sería en realidad un sulfato de cobre. “Nuestro método convierte la materia prima en cobre a medida que la imprimimos”, explica Wilkinson.

“Lo otro realmente genial es que nuestro proceso puede funcionar a la inversa. Usamos un voltaje para convertir el cobre, por ejemplo, en sulfato de cobre, que se convierte en tinta nueva que podemos reutilizar”, añade. “Nos acercamos mucho más a la biología, donde todos los recursos pueden reutilizarse y todo es circular”.

Para Viktorova, ésa es la belleza de la electroquímica. “Es reversible y muy eficiente en comparación con otros métodos”.

Este planteamiento elimina muchas de las capas del proceso asociadas a la fabricación tradicional, reduciendo así la cantidad de energía y materiales que se emplean en la producción de productos electrónicos. También libera a las tecnologías de sus cadenas de suministro, lo que en el sector de las energías renovables resulta cada vez más valioso.

La otra cara de la propuesta es lo que la propia electrónica impresa en 3D puede ofrecer a sectores como el de la energía solar y el almacenamiento de baterías. “Podemos hacer diseños mucho más sofisticados y geometrías más complejas que mejoren el rendimiento de las baterías y la energía solar, además de reducir los costes”, afirma Wilkinson.

“La geometría de estas dos tecnologías (solar y baterías) determina en gran medida su rendimiento. ¿Qué distancia física tienen que recorrer los iones de las baterías para cargarse o descargarse? O, en las células solares, ¿cuál es la resistencia de los electrones que se mueven a través de la célula solar? Si logramos reducirlo mucho, mucho, a nanoescala, podremos reducir drásticamente esa resistencia o el tiempo de carga”.

Aplicaciones potenciales aparte, la impresora actual de Syenta -que se centra en permitir a sus clientes construir prototipos tecnológicos- cabe en un escritorio. “El siguiente paso es lanzar el producto al mercado”, afirma Viktorova. “De hecho, buscamos gente dispuesta a crear prototipos con nuestra tecnología para que sirvan de base a nuestra futura actividad de creación de productos, que será el producto que acabe en nuestro sitio web y se envíe a todo el mundo”.

Con el tiempo, la empresa aspira a fabricar productos electrónicos a gran escala. “Creemos que podemos mejorar muchas de las fases de fabricación de productos electrónicos”, afirma Wilkinson.

“El potencial de nuestra tecnología es realmente alto en cuanto a la velocidad que puede alcanzar, pero de momento la forma en que lo hacemos es bastante lenta”, añade. “Está centrada en la creación de prototipos, pero creemos que podemos fabricar a gran escala y que el proceso es muy adecuado para ello, aunque aún queda mucho trabajo de ingeniería por hacer para desarrollar esa capacidad”.

Hasta la fecha, la visión de la fabricación aditiva escalable a partir de la impresión 3D sigue sin cumplirse.

La historia de Syenta
El núcleo de la tecnología de Syenta comenzó con un correo electrónico nocturno entre Viktorova y su entonces supervisor de doctorado -ahora cofundador-, el profesor Luke Connal. Al día siguiente, en el laboratorio de la ANU, Viktorova empezó a experimentar.

Aunque varios académicos habían probado antes un método similar, Viktorova afirma que nadie lo había hecho de la misma manera y, lo que es quizá más importante, su doctorado le permitía dedicar años a perfeccionarlo y probarlo hasta hacerlo bien.

“El momento y la combinación de capacidades nos vinieron como anillo al dedo para pasar a la siguiente fase de comercialización”, añade.

Syenta, que recientemente cambió su nombre por el de Spark3D, está ahora separada de la ANU, aunque sigue colaborando estrechamente con la universidad.

Impresión aditiva basada en la electroquímica
Para explicar el funcionamiento de la startup, Wilkinson recuerda los tapacubos cromados de los coches de lujo. Ese cromado, dice, es una forma de electrodeposición. “Lo que hacemos diferente es que no tenemos que usar cromo, podemos usar muchos materiales diferentes y además imprimimos en un área muy pequeña. Podemos hacer patrones complejos con este tipo de chapado de material”.

En cuanto al componente “aditivo”, se refiere a un enfoque consistente en añadir únicamente materiales. Es diferente de la mayoría de los procesos de fabricación, que añaden y sustraen materiales.

“Creo que es una propuesta de valor única en sí misma”, afirma Viktorova refiriéndose al enfoque aditivo. “No hay tantos residuos literales”.

La impresora actual de Syenta imprime sobre todo metales, como cobre y plata, aunque también puede imprimir oro y níquel. Los sustratos para las pruebas son de 5 cm x 5 cm, con un área de impresión de 30 cm x 30 cm.

La impresora puede hacer un circuito impreso de una sola capa “en minutos”, dice Viktorova, “a diferencia de otras tecnologías desarrolladas que invierten horas en hacerlo.”

Potencial de fabricación solar
Wilkinson señala las células solares de silicio y los microchips como formas interesantes de concebir el planteamiento de Syenta. Los microchips de silicio requieren una alta resolución, como patrones muy complejos en un espacio reducido, mientras que las células solares de silicio requieren muchos menos detalles, lo que las convierte en “baja resolución”, pero se fabrican en áreas mucho mayores.

“El potencial de nuestra tecnología es poder hacer ambas cosas a la vez, es decir, tener la complejidad de la resolución a nanoescala a la velocidad y en la superficie de las células solares”, afirma Wilkinson.

Viktrova añade que la tecnología tiene “una relación bastante interesante entre la precisión de fabricación y la velocidad: es bastante lineal, lo cual es algo único. Por eso creemos que hay una escalabilidad única, incluso en nuestro producto de prototipado, que es intrínseca a la propia tecnología”.

Viktorova describe la energía solar como un mercado especialmente interesante para Syenta gracias a la similitud de la configuración: “Simplemente utilizan una tecnología diferente [para fabricar], normalmente aditiva en combinación con sustractiva. Así que estamos muy interesados en ahorrar este paso extra para alguien”.

Impacto medioambiental
Fabricar más cosas suele traducirse en más contaminación. Pero Wilkinson afirma que, según la ecuación del alcance de las emisiones, las emisiones de alcance uno de la impresora no son nada: en la ANU, al menos, la impresora funciona con electricidad renovable.

En cuanto al alcance dos, el enfoque aditivo de la impresora significa que no se utilizan más materiales de los absolutamente necesarios. Lo que se deposita, se deposita bien y rápido y de forma que sea reciclable, lo que significa que cada producto impreso acabado tiene la menor energía incorporada posible para su producción, afirma.

Y más allá de estos ámbitos, Wilkinson señala que la impresora ofrece a la gente la posibilidad de fabricar dispositivos mejores y más baratos que pueden aumentar la adopción de tecnología renovable, ya sean baterías, energía solar, dispositivos inteligentes o formas de conectarse al Internet de las Cosas. “Si es realmente barato, más gente lo adopta”, afirma Wilkinson.

El componente de reversibilidad de la tecnología es especialmente importante para la startup. “Estamos construyendo hacia ser capaces de reciclar lo que imprimamos en el mismo producto en el mismo sistema”, dice Viktorova.

Fabricación a gran escala
En términos de visión global, el equipo de Syenta cree que su tecnología es muy prometedora para la fabricación de productos electrónicos a gran escala, y Wilkinson afirma que cree que la “mayor parte” de la fabricación de productos electrónicos podría hacerse mejor con su método.

Según Viktorova, la fabricación de productos electrónicos se concentra principalmente en Europa, y Syenta espera profundizar en este rico ecosistema y aprender de él a corto plazo.

“Nos gustaría fabricar un producto que se adaptara a las cadenas de suministro existentes o a las líneas de producción existentes, que fuera más rápido y barato y que ofreciera las ventajas del patrón de resolución”, afirma Wilkinson. “Estoy seguro de que sucederá, pero lleva tiempo y esfuerzo conseguirlo”.

También requerirá una buena cantidad de recursos y financiación, algo que al equipo no se le escapa. Basándose en la reciente recaudación de capital inicial, Viktorova afirma que la empresa buscará financiación para las siguientes fases de comercialización en 2023.

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