Adornos cuánticos

Aitor Bergara

Como es tradición, a comienzos de diciembre tiene lugar en Bilbao el encendido oficial del alumbrado navideño, con más de 500.000 bombillas que alumbrarán nuestras calles. Además de permitir que el día robe algunas horas a la noche, también dicen que fomenta el optimismo ciudadano, que falta nos hace.

Pero, ¿nos podemos permitir semejante derroche energético?

Hace ya seis años Bilbao cambió radicalmente su típico decorado luminoso de Navidad. Además del cambio estético, también supuso un importante cambio tecnológico. Las bombillas incandescentes tradicionales fueron sustituidas por bombillas LED (Light Emitting Diode). La bombilla incandescente, es decir, la bombilla de toda la vida, no tiene nada que ver con estas nuevas bombillas LED, ni tampoco su rendimiento energético.

En la bombilla incandescente, la corriente eléctrica pasa por un filamento de wolframio (o tungsteno) extremadamente delgado -su espesor apenas supera una décima de milímetro- y largo -desenrollado mide más de 2 metros-. Debido a la elevada resistencia eléctrica del filamento, éste se calienta hasta alcanzar temperaturas superiores a los 2000oC. Los objetos que se encuentran a esas temperaturas emiten radiación visible, con lo que la bombilla emite luz. Sin embargo, la mayor parte de la radiación que emiten estas bombillas es infrarroja, que nosotros percibimos en forma de calor. De hecho, esa es la principal causa de la ineficiencia de las bombillas incandescentes, en las que sólo el 10% de la energía aportada se transforma en luz, el resto se pierde en forma de calor.

Las bombillas LED son totalmente diferentes y, aunque pueda parecer extraño, su funcionamiento es una consecuencia directa de la física cuántica. Son luces cuánticas. Curiosamente, el mecanismo que explica la emisión de luz en un LED es el opuesto al efecto fotoeléctrico, por el que Einstein recibiera el Premio Nobel en 1921. Si en el efecto fotoeléctrico la aplicación de luz sobre una material metálico induce una corriente eléctrica, en un LED se crea luz al aplicar corriente. Un LED es un diodo, cuyo componente principal es un semiconductor. Cuando la corriente pasa a través del semiconductor los electrones del diodo aumentan su energía pero inmediatamente después vuelven a su estado energético inicial emitiendo un fotón o, lo que es lo mismo, luz. Estas bombillas apenas se calientan, por lo que son extremadamente eficientes. De hecho, consumen unas 10 veces menos que las bombillas incandescentes, y también duran mucho más, unas 100 veces más, de modo que pueden estar encendidas durante más de 10 años ininterrumpidamente sin fundirse.

Las bombillas LED no son un invento reciente. Se conocen desde la década de los 60. Los primeros diodos emitían luz roja, que ahora son tan frecuentes en los aparatos electrónicos que nos rodean por casa. Posteriormente, se desarrollaron los verdes y a finales de los noventa Shuji Nakamura, que en el 2006 fue galardonado con el premio de la Tecnología del Milenio (considerado como el Premio Nobel de la Tecnología), logró obtener diodos azules. Este fue un gran avance, ya que su combinación con los diodos verdes y rojos permitía la obtención de luz blanca, y ampliar enormemente las aplicaciones tecnológicas de los LEDs.

A pesar de su ineficiencia, hemos estado utilizando las bombillas incandescentes durante más de 100 años. Sin embargo, gracias a la apuesta decidida de Europa por el ahorro energético, su venta ya está prohibida. No es un gran problema, ya que tenemos muchas alternativas: las luces halógenas (que también son incandescentes y, por lo tanto, no muy eficientes), las fluorescentes de bajo consumo y, cómo no, las bombillas LED, que dentro de pocos años, tan pronto bajen algo más su precio, serán las que seguramente iluminen nuestros hogares.

Retomando el debate del derroche energético del alumbrado navideño, en Bilbao sólo se necesitan 125 kW de potencia para alumbrar las más de las 500.000 bombillas LED que se han instalado. Considerando que las luces sólo se encienden desde las 18:00 hasta las 22:00, y que el precio actual del kW-h ronda los 0.1 euros, ¡el coste diario no supera los 50 euros! No es para tanto, ¿no? En fin, si realmente contribuye a fomentar el optimismo ciudadano en estas Navidades me parece que es asumible. Por supuesto, no siempre ha sido igual. Antes del alumbrado cuántico, cuando se utilizaban las bombillas incandescentes tradicionales, el consumo era unas diez veces mayor.

El artículo ADORNOS CUÁNTICOS de Aitor Bergara (Departamento de Física de la Materia Condensada, ZTF-FCT) se publicó en el blog Cuaderno de Cultura Científica el  9 de diciembre de 2013.

Agradecemos a la Cátedra de Cultura Científica el permitirnos su reproducción en ZTFNews.

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