12/04/2024
Según un estudio realizado en 2023 por parte de la empresa Writerbuddy.ai, España se situó en el puesto 14 del ranking mundial en el uso de inteligencia artificial (IA), y es patente que el número de noticias relacionadas con esta tecnología aumenta exponencialmente día a día, convirtiéndose incluso en un tema de debate en las mesas de los locales de restauración y ocio de nuestro país. Resulta llamativo cómo estas nuevas tecnologías han trasladado su debate paulatinamente desde los círculos más técnicos, a los más coloquiales, pero resulta aún más curioso otro hecho derivado, la absoluta normalización de las nuevas tecnologías electrónicas. Móviles inteligentes que realizan la lista de la compra, relojes que te permiten pagar en establecimientos, coches que detectan el cansancio del conductor, tecnologías que hace años parecían propias del cine de ciencia ficción, y hoy en día están tan normalizadas que no suponen una ventaja competitiva para un producto, sino un requisito, dado que se presupone que todos los dispositivos electrónicos que salgan al mercado deben tener estas funciones.
En 1973 se anunció el primer dispositivo de telefonía móvil que únicamente permitía realizar llamadas de voz, y en 2007 se lanzó a la venta el primer iPhone. Pasaron casi 35 años para que los móviles evolucionasen de un ladrillo con una antena al alcance de unos pocos, a convertirse en un dispositivo en el cual centralizamos la mayor parte de nuestra actividad diaria. Desde entonces han pasado 17 años, y hoy en día con un smartphone uno puede desde sacar fotos, hasta invertir en tiempo real en Wall Street, pero ¿cómo explicar este crecimiento tan acelerado en las capacidades de la electrónica?, la respuesta son los semiconductores, que constituyen la base de la inmensa mayoría de los chips.
Una de las piezas clave en el conflicto económico entre China y Estados Unidos es Taiwán. Ambas superpotencias tienen claro que, en un mundo tan digitalizado, el que controle la base de este mercado, los chips, será el que marque el compás del resto para su crecimiento económico y, actualmente, Taiwán supone, según un estudio de TrendForce, casi el 60% de la producción de semiconductores del mundo. Este hecho ha generado un temor en Europa tras la crisis de abastecimiento de semiconductores, que se generó derivada de la pandemia del COVID-19, entre los años 2020 y 2022. Por ello, Europa ha puesto en marcha en 2023 un plan para impulsar la industria de los chips en su territorio y, de hecho, en España, se ha anunciado la creación de un nuevo centro de I+D en Málaga impulsado por el IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre).
En esencia, todos los chips de nuestros dispositivos están constituidos por la unión de semiconductores, y los avances en nuevos materiales que permiten reducir el coste y el tamaño, ha propiciado que un mismo dispositivo electrónico sea capaz de realizar tareas tan complejas y simultáneas. ¿Pero hasta qué punto los semiconductores son tan importantes en nuestra vida? No solo los móviles o los vehículos contienen chips basados en semiconductores, también las energías renovables han crecido en los últimos años gracias a un elemento clave basado en semiconductores, los transistores.
¿Pero qué es un transistor? Principalmente, un transistor en un elemento constituido por la unión de diferentes capas de semiconductores, que le confiere una seria de propiedades que permiten su uso para amplificar señales, de ahí que una de sus principales aplicaciones fuese la fabricación de radios y, que hace unos 50 años, a la radio se la conociese como el transistor en España. Pero no solo los transistores sirven para que a través del transistor pueda uno escuchar el programa de El transistor, haciendo alarde del gran juego de palabras que se le ocurrió a José Ramón de la Morena para su programa deportivo, también son una pieza clave en los sistemas de conversión energética que utilizan las energías renovables.
A este campo de la electrónica se le conoce comúnmente como electrónica de potencia, y es la encargada de regular las fuentes de energía renovables y aplicar transformaciones energéticas que faciliten su incorporación en nuestra infraestructura energética de una forma sencilla y sin necesidad de cambios en la infraestructura sustanciales. A estos sistemas basados en transistores y otros componentes constituidos por semiconductores, como son los diodos, encargados de transformar la energía, se les bautizó como convertidores electrónicos de potencia.
Al igual que con los móviles, relojes inteligentes o tablets, las mejoras tecnológicas en los semiconductores han hecho que los sistemas electrónicos de potencia sean más robustos, eficientes y con un menor coste, tanto que en muchas aplicaciones han desplazado a los tradicionales transformadores. Un ejemplo muy llamativo son los cargadores de móvil, que en sus primeras versiones eran un bloque pesado e incluso de mayor tamaño que el propio móvil, y sin embargo, hoy en día son más pequeños que un llavero. El motivo de esta transformación es la electrónica de potencia. Los primeros modelos internamente contenían un transformador gigante y muy pesado para poder reducir el voltaje de la red a la utilizada por las baterías, pero hoy en día, utilizando transistores y diodos, esta conversión energética requiere un tamaño mucho menor y a un menor coste.
Ha sido tanta la influencia de los semiconductores en los sistemas de transformación energética que, desde Europa, ya se han impulsado planes como el Power2Power en 2019 para el desarrollo de esta tecnología orientada a aplicaciones de mayor potencia, como es el sector del transporte y maquinaria pesada, y dirigido a ser un pilar fundamental en el proceso de descarbonización del territorio europeo. De hecho, es notable que los avances en convertidores electrónicos de potencia suponen un impacto directo en la mejora tecnológica de los vehículos eléctricos, pero no solo en el propio coche, sino también en los elementos derivados como los cargadores.
Analizando la concepción actual de un mundo sostenible, donde cada uno tiene en su hogar un vehículo eléctrico, un sistema fotovoltaico, y toda una serie de dispositivos inteligentes que faciliten nuestra vida, se demuestra la presencia de los semiconductores en todo ámbito de nuestra vida y su importancia en la tecnología moderna. No obstante, queda mucho camino por recorrer, y especialmente en la aplicación de semiconductores en convertidores electrónicos de potencia. Cuando se trata de grandes potencias, la robustez y fiabilidad que proporcionan las tecnologías con mayor grado de madurez, como son los transformadores, siguen siendo una de las barreras principales a las que se enfrenta la electrónica de potencia para incrementar su presencia en nuestras infraestructuras energéticas.
Con los últimos avances en nuevos materiales, como es el caso del nitruro de galio (GaN), y nuevos métodos de fabricación, la eficiencia y reducción de costes en los componentes derivados de semiconductores evoluciona exponencialmente año tras año, e invita a ser optimista y confiar en que estas tecnologías acabarán demostrando ser clave en todos los eslabones de la cadena energética y digital de la sociedad del futuro.
Desde el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE), mediante soluciones innovadoras como las planteadas en el proyecto RESAIN, se busca abordar los retos a los que se enfrentan los semiconductores en el campo de la energía. Centrando las investigaciones en aspectos como el deterioro que sufren los componentes a lo largo de su vida útil, y desarrollando nuevas soluciones para convertidores electrónicos de potencia, os resultados de este proyecto van dirigidos al crecimiento sostenible de las infraestructuras de distribución eléctrica y, por ende, de la sociedad.
Jose Vicente Rocamonde Navarro, investigador I+D en el área de Tecnologías de Red.