Nuevos e interesantes avances en energía solar

Casi siempre asociamos “energía solar” con “paneles fotovoltaicos“. Esto se debe a que el sistema más popular para convertir la energía del Sol en energía eléctrica es justamente el que utiliza las conocidas celdas solares de silicio. Pero esta no es la única manera de hacerlo, y muchos incluso creen que es posible obtener rendimientos energéticos mucho más altos utilizando otros mecanismos, como la “hoja artificial” de Daniel Nocera o las “sales iónicas” que están investigando el equipo de Richard Masel y Paul Kenis. Si estos científicos están en lo cierto, puede que el futuro de la energía solar pase bastante lejos de los paneles solares que todos conocemos.

Dos equipos de investigadores acaban de publicar sendos informes relacionados con la generación de energía a partir del Sol. Los científicos que los integran han conseguido avances muy interesantes en el camino que conduce hacia el aprovechamiento de la energía de la luz solar para sintetizar combustibles químicos. Si bien se trata en ambos casos de estudios preliminares y que seguramente serán mejorados con el tiempo, todo parece indicar que podríamos obtener prácticamente toda la energía que necesitamos para nuestras viviendas, plantas industriales y medios de transporte del Sol, sin generar los polémicos gases de efecto invernadero. Se calcula que actualmente la humanidad consume un promedio de 15 mil millones de vatios, el 85% de los cuales proviene de la quema de combustibles fósiles como el petróleo, carbón y gas natural. Estas fuentes de energía producen algunos efectos secundarios “desagradables”, como el cambio climático, la acidificación de los océanos y -de forma indirecta- desastres como los derrames de petróleo y alguna que otra guerra vada tanto. Se espera que estos problemas no hagan más que crecer en el futuro, ya que las estimaciones existentes proveen que el consumo energético de la humanidad se duplique hacia el año 2050.

Las fuentes renovables de energía, como energía solar fotovoltaica y los generadores eólicos intentarán satisfacer parte de esta demanda, pero a pesar de que se han producido interesantes avances en sistemas (puros o híbridos) que producen electricidad a precios cada vez más bajos, lo cierto es que no solucionan un problema de fondo: no disponemos de una manera eficiente de almacenar electricidad. Cada vatio que genera una usina -independientemente del tipo que sea- se consume de inmediato. No tenemos una forma sencilla de almancenar la sobreproducción de una central nuclear para aprovecharla durante los picos de consumo, o de guardar los excedentes de una planta de energía solar fotovoltaica para utilizarla durante la noche. Los investigadores han tratado de utilizar la energía de la luz del sol para generar “energía  química”, o lo que es lo mismo, producir gases como el hidrógeno o el metano, que resultan fácilmente almacenables y pueden consumirse cuando haga falta. Sin embargo, los sistemas disponibles hasta el momento han demostrado ser ineficientes y costosos.

Podríamos obtener prácticamente toda la energía que necesitamos para nuestras viviendas, plantas industriales y medios de transporte del Sol, sin generar gases de efecto invernadero.

Y aquí es donde el trabajo de los dos equipos que mencionábamos antes entra en escena. En primer lugar, un grupo dirigido por Daniel Nocera -un químico del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge- ha creado una “hoja artificial” basada en materiales baratos y abundantes, capaz de descomponer el agua en moléculas de hidrógeno (H2) y oxígeno (O2). Se trata de un proceso similar al utilizado por las plantas durante el proceso de fotosíntesis. La hoja del equipo de Nocera, que será ensayada en hogares de India dentro de poco, se sumerge en agua y al ser iluminada por el Sol genera una reacción capaz de romper los enlaces moleculares del agua, produciendo burbujas de hidrógeno y oxigeno. El primero de estos gases puede almacenarse y ser utilizado en una pila de combustible para generar electricidad. 

En el segundo estudio publicado, un equipo dirigido por Richard Masel y Paul Kenis,  de Dioxide Materials y University of Illinois respectivamente, explican como convertir el dióxido de carbono (CO2) en monóxido de carbono (CO), el primer paso de una serie que permitiría generar hidrocarburos combustibles. A pesar de que su posterior quema generaría CO2, se trata de la misma cantidad que se utilizó en principio para obtener el combustible, por lo que desde el punto de vista ecológico se trata de un buen negocio. Si bien ya sabíamos como realizar este proceso, los sistemas disponibles requerían de la utilización de corrientes eléctricas de alto voltaje, por lo que se necesitaba más energía para crear el combustible que la que este podía proporcionar luego. Pero Masel, Kenis y sus colegas encontraron que utilizando un tipo de solvente para CO2 llamado “líquido iónico”, se reduce el valor de la tensión necesaria en un factor de diez. Los líquidos iónicos son básicamente sales líquidas, fáciles de producir. Estos sistemas alternativos para conseguir energía del Sol no son por ahora demasiado eficientes. Se calcular que la hoja de Nocera solo tiene un rendimiento del 4,7%, y el catalizador del otro equipo es bastante lento. Pero son sistemas que recién hacen su aparición, y que muy posiblemente puedan ser mejorados en el corto plazo. Si esto ocurre, el futuro de la energía solar será bastante distinto al que imaginábamos hace solo 3 o 4 años.