Extraordinarios avances revolucionan la energía solar
24 Jul 2020
Alrededor de la energía solar se está produciendo una verdadera revolución. Mientras buena parte de la población mundial permanece encerrada en sus hogares, en pleno combate contra la pandemia de Covid-19, en distintos centros de conocimiento del mundo se desarrollan otros combates: éstos contra el cambio climático. Y traen muy buenas noticias.
Una reciente novedad es el notable avances logrado en la capacidad de absorción de luz de la biofotovoltaica o fotovoltaica orgánica, que se ha incrementado gracias a la efectiva combinación de complejos de proteínas de distintas especies, que llevan adelante investigadores de la Ruhr-Universität Bochum (Alemania) y el Instituto de Tecnología (Israel), liderados por Volker Hartmann.
Se trata de un trabajo sobre los complejos de proteínas responsables de la fotosíntesis –punto focal de la investigación– buscando replicar el proceso químico gracias al cual las plantas producen energía y otras sustancias a partir del CO2, el agua y la luz, gracias entre otras cosas a las células solares orgánicas.
Estas células solares orgánicas serán capaces, gracias a sus componentes biológicos, convertir la luz solar en energía eléctrica.
En la naturaleza, la cooperación que permite la formación de proteínas especiales para recoger la luz funciona con éxito, pero a los científicos se les ha hecho compleja la conversión de luz verde (lo que da a las plantas su color) en energía.
Pese a todos los esfuerzos, la luz solar solo puede ser utilizada en una parte, limitando la eficiencia del fotosistema II (PSII), un complejo proteínico presente en plantas, algas y bacterias. El avance logrado ahora por Hartmann y su equipo ha sido estabilizar un super-complejo multiproteico de PSII y foxicobilisomas para incorporarlo a nuevas estructuras de bioelectrodos.
Ello les permitió usar fotones de longitudes de onda de 500 a 600 nm (luz verde). La unión de los complejos de superproteínas se considera una etapa intermedia prometedora en el desarrollo de las células solares orgánicas.
Otro campo de innovación extraordinaria es el que se lleva a cabo en la Universidad de Linköping (Suecia), donde los investigadores buscan desde la energía solar crear combustible renovable a partir de dióxido de carbono.
La posibilidad de convertir el CO2 –gas de efecto invernadero– en combustible utilizando la energía de la luz solar es de consecuencias extraordinarias. Los resultados recientes –señalan el profesor chino Jianwu Sun y sus colegas de Linköping– demuestran que es posible utilizar incluso su técnica para producir selectivamente metano, monóxido de carbono o ácido fórmico a partir del dióxido de carbono y agua.
La fotosíntesis es utilizada por las plantas para capturar el dióxido de carbono del aire y convertirlo en combustibles químicos, como el metano, el etanol y el metanol.
Siguiendo ese proceso, la investigación avanza hacia reproducir esa reacción para convertir el dióxido de carbono contaminante en un combustible renovable a partir de energía solar: “Lo más importante es que hemos demostrado que podemos usar la energía solar para controlar la conversión de dióxido de carbono en metano, monóxido de carbono o ácido fórmico”, asegura Jianwu Sun.
OTRAS BUENAS NOTICIAS
Pero las buenas noticias en materia de energía solar no concluyen allí.
Uno de los problemas que históricamente ha afrontado el sector es el almacenamiento de la energía. Es fácil capturar energía con paneles solares, pero no era tan fácil almacenarla. Es necesario contar con baterías capaces de almacenar la energía captada para el uso nocturno, para las largas jornadas invernales o para cuando este nublado.
Y ese almacenamiento debe ser duradero y barato. En ambas condiciones residía el actual problema. Los costos de los paneles solares han ido haciéndose cada vez más accesibles pero los problemas con las baterías persistían.
Un equipo internacional de científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison (EEUU) –en su mayoría provenientes de China– ha creado una nueva versión de baterías de flujo solar, integradas, compactas y de bajo costo, más eficientes y duraderas que las disponibles actualmente.
Uno de los problemas a los que busca dar respuesta el nuevo avance, está relacionado con la rápida penetración de la electrificación en las zonas rurales, lo que exige el desarrollo de enfoques competitivos descentralizados.
La investigación de Wenjie Li, Jianghui Zheng, Bo Hu y colegas, fue publicada el pasado 13 de julio, en la revista Nature Materials, bajo el título “Batería de flujo solar de alto rendimiento alimentada por una célula solar tándem de perovskita-silicio”.
Obtener un alto rendimiento de conversión de energía y a la vez, una larga vida útil del dispositivo, ha sido un desafío en estos sistemas. “El resultado ha sido una mezcla de tecnologías existentes. Es una célula solar de silicio-perovskita, combinada con una batería de flujo redox, que permitirá capturar y almacenar energía en un solo dispositivo (no sería necesario tener un panel solar por un lado y una batería por el otro)”.
El invento es económico y simple, para que puedan usarlo las personas en sus casas y permite lograr un dispositivo de batería de flujo solar estable y de alto rendimiento. Registró una eficiencia del 20%, que está a la altura de los mejores, pero además tuvo una vida de cientos de horas y ciclos de carga y descarga, mucho más que otras baterías de flujo.
El silicio y la perovskita capturan diferentes longitudes de onda de luz, por lo que combinados aumentan la eficacia. Para el almacenamiento, el equipo usó una batería de flujo. Tradicionalmente, estos dispositivos contienen dos líquidos, alojados en tanques separados, que funcionan como electrolitos.
La electricidad de la célula solar carga uno de los líquidos, donde puede permanecer más o menos indefinidamente. Cuando se necesita energía, los dos líquidos interactúan en una cámara intermedia, creando una reacción química que produce electricidad.
Para concretar esta investigación, el grupo logró diversos apoyos como el de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Rey Abdullah (KAUST), una importante institución privada dedicada a la investigación (Thuwal, Arabia Saudita), que premió a los científicos Jr-Hau He y Song Jin.
También recibieron apoyo de la Agencia de Energía Renovable Australiana (ARENA) los miembros del equipo Jianghui Zheng y Anita Ho-Baillie y por parte de la Fundación Nacional de Ciencias de EEUU y la Universidad Estatal de Utah, los investigadores T. Leo Liu, Bo Hu y Maowei Hu, quienes recibieron especial ayuda del Consejo de Becas de China (CSC) para sus estudios de doctorado en esa Universidad.
En los tres casos que les acercamos, queda ahora llevar estos avances a escala industrial e incorporarlo al mercado. Pero se trata de pasos extraordinarios para hacer de la energía limpia la solución de nuestros problemas ambientales.
UN EJEMPLO PARA RECARGAR PILAS
También los que soñamos cada día con un mundo mejor y con un Planeta más saludable y protegido, necesitamos, de vez en cuando, recargar nuestras propias pilas de esperanza. Por eso decidimos en Más Azul contarles otra buena nueva: la nueva energía solar a escala de servicios públicos ya está en condiciones de mandar al cajón de las cosas inservibles a las plantas de carbón de Texas (EEUU) en poquísimos años.
Es lo que surge de un nuevo informe del Instituto de Análisis Económico y Financiero de la Energía (IEEFA) que considera que más del 70% de la generación diurna de carbón está en riesgo para 2022, ya que el aumento de la energía solar a escala de servicios públicos, está hundiendo las empresas de carbón (las más contaminantes junto al petróleo) de las que solo quedan 10 plantas en ese Estado.
Dennis Wamsted, analista de IEEFA y autor principal del informe, señala que “la generación de energía a carbón en Texas… está a punto de verse afectada por una segunda ola de competencia de las energías renovables… La capacidad instalada de energía solar en EEUU ha crecido en casi un 4.000% en los últimos 10 años, pero su tasa de crecimiento en ERCOT (suministro eléctrico) ha sido aún más rápida, con una capacidad instalada que aumentó de solo 15 megavatios (MW) en 2010 a 2.281MW al final de 2019, un aumento del 15.107%”. Las proyecciones muestran que podría llegar hasta 5.800 MW a fines de 2020.
Aún en el difícil contexto de la pandemia, la energía solar sigue bajando su precio en EEUU. El informe concluye que la creciente ‘ola solar’ a escala de servicios públicos va a alterar de forma definitiva la matriz energética e impulsará la desaparición de las plantas de carbón para 2025.
El informe IEEFA remarca la importancia de los avances en materia de almacenamiento de baterías, que está evolucionando rápidamente y cuyas innovaciones están siendo incorporadas por empresas de servicios públicos y productores independientes de energía.
Algo se está moviendo y es para celebrarlo.