POR:Mónica Flores|ILUSTRACIÓN:Oldemar
Desde celdas de energía solar hasta sistemas de concentración, todas las tecnologías buscan contar con mejores materiales.

La energía solar se ha usado de distintas formas y en distintas culturas desde hace miles de años, pero es en la historia reciente que comenzó una carrera a contrarreloj para volverse, junto a otras energías limpias y renovables, parte de la mezcla que nutre de energía a la civilización del siglo XXI. Se estima que, para 2030 (esto es, tan sólo en 12 años), el mundo necesite 10 terawatts de energía solar, lo que equivale a 50 veces la producción actual. Por ello, la importancia de encontrar mejores materiales en poco tiempo.

En la actualidad, hay tres tecnologías para el aprovechamiento de la energía solar: la energía solar fotovoltaica, la energía solar de concentración o energía térmica solar concentrada, y la energía termosolar. Aunque en todas existe investigación para encontrar mejores materiales, probablemente de la que más tengamos noticia es de la solar fotovoltaica.

En el siglo XIX despuntaron los primeros proyectos de energías alternativas, que funcionaron como antecedentes importantes para los actuales, aunque entonces no fueron tomados en serio por inversionistas y, por lo mismo, no progresaron. Por ejemplo, el colector solar de Augustin Mouchot, de 1878, presentado en la Exposición Universal de París. John Perlin, uno de los más importantes historiadores especializados en energía solar, en su libro Let It Shine: The 6000 Year Story of Solar Energy, cita al visionario Mouchot: “En algún momento, la industria no podrá encontrar en Europa los recursos para satisfacer su expansión prodigiosa. ¿Qué hará la industria, entonces? Cosechar los rayos del Sol”, dijo.

En 1873, se descubrió la fotoconductividad del selenio y, tres años después, en 1876, William Grylls Adams y R. E. Day descubrieron que, exponiendo selenio sólido a la luz solar, podía producirse una corriente eléctrica. Para darlo a conocer, publicaron el artículo “La acción de la luz en el selenio”.

“…Hay dos opciones para naciones como la nuestra en cuanto a las tecnologías vinculadas a ese sector: o las fabricamos o las compramos. Sería muy interesante que México encontrara esa senda en la cual podamos ser productores.”, afirma el doctor Arjona.

Entre 1888 y 1899 se dieron las primeras patentes de celdas solares. En 1953, los laboratorios Bell desarrollaron la primera celda solar de silicio capaz de generar una corriente eléctrica medible. El diario The New York Times se refirió a este descubrimiento como “el comienzo de una nueva era que llevará a la realización el aprovechamiento de la casi ilimitada energía solar para usos de la civilización”. Desde entonces, no ha cesado la búsqueda de materiales que vuelvan las tecnologías solares más eficientes, baratas, con mayor rendimiento y más competitivas según distintos criterios.

Materiales para energía solar fotovoltaica

El material que más tiempo se ha usado para celdas solares fotovoltaicas es el silicio monocristalino. Su efectividad ha llegado a ser del 24.2%. Es un material abundante, el segundo elemento más presente en la corteza terrestre, sólo después del oxígeno. Las celdas solares instaladas en el espacio en la década de los 60 y 70 ya eran de silicio y, desde entonces, científicos de distintos países han buscado lograr un silicio más económico y también más eficiente. Dentro del espectro de celdas solares con materiales inorgánicos, además del silicio monocristalino, están el silicio policristalino y el silicio amorfo (una película delgada que puede ponerse sobre distintos sustratos).

Expertos de todo el mundo trabajan en mejorar las opciones de materiales orgánicos para celdas solares fotovoltaicas porque tendrían grandes ventajas. La revista Energy Futures (de la MIT Energy Initiative) en su edición de primavera 2017, dice lo siguiente sobre dichos materiales, en el artículo “Transparent, flexible solar cells combine organic materials, Graphene electrodes”: “Serían más baratos y más fáciles de fabricar. Serían livianos y flexibles, en lugar de pesados, rígidos y frágiles, por lo que serían más fáciles de transportar, incluso a regiones remotas sin red eléctrica central. Y podrían ser transparentes. Muchos materiales orgánicos absorben los componentes ultravioleta e infrarrojo de la luz solar, pero transmiten la parte visible que nuestros ojos pueden detectar. Las células solares orgánicas podrían montarse en superficies comunes y recolectar energía sin que las notáramos”.

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Entre las tendencias más fuertes en la actualidad, la perovskita es otro material que comienza a ganar importancia en el terreno de energía solar fotovoltaica, ya que es muy eficiente y muy barato.

Innovación en sistemas de concentración de energía solar

En México, el CeMIE-Sol tiene distintos proyectos de energía solar donde se usan nuevos materiales. Uno de ellos es el proyecto 18: “Materiales selectivos y reflejantes para sistemas de conversión de energía solar en energía térmica” a cargo del doctor Gerko Oskam, investigador del CINVESTAV-IPN, Unidad Mérida. El objetivo general del proyecto descrito en la página de CeMIE-Sol es: el desarrollo de metodologías para el depósito de recubrimientos novedosos para aplicaciones en la conversión de energía solar en energía térmica con dos enfoques principales: a) Recubrimientos selectivos para la absorción de energía solar y su conversión eficiente en energía térmica, y b) Recubrimientos reflejantes para sistemas de concentración de energía solar.

“La mayor parte de la innovación busca bajar costos, tanto de materiales como de los procesos de fabricación. Creo que, para el país, es muy importante generar sus propias innovaciones y poder producir sistemas de captación de energía. La innovación en materiales e innovación en procesos es clave para poder desarrollar una industria nacional en energías alternativas” afirma el doctor Gerko Oskam.

Materiales y la energía que consumimos

Si abrimos más el panorama y nos alejamos por un momento de las tecnologías solares, podemos ver que el tema de innovación en materiales es vital en cualquier industria y, al tratarse de energía, lo es aun más. “El tema de materiales es un tema de vital importancia. ¿Podremos encontrar maneras para hacer, por ejemplo, que un cable sea más eficiente en su capacidad de conducción de corriente? Imaginemos todas las líneas de transmisión, la cantidad de kilómetros que tenemos, más las líneas de distribución, etc. Si encontráramos materiales que nos permitieran aumentar, aunque fuera ligeramente, la capacidad de conducción de corriente que sostiene, el robustecimiento que tendríamos de energía del sistema eléctrico sería enorme y, por supuesto, llevaría a una capacidad comercial muy importante. Eso, si lo vemos desde el punto de vista de conductores, o del núcleo de transformadores”, dijo en entrevista el doctor Diego Arjona, director general del Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL).

“Creo que podríamos tener muchísimas competencias como nación si entendemos la cadena de producción. Por un lado, [pensemos en] nuestra minería, los materiales a los que podemos tener acceso, los que necesitamos producir. Creo que son muchas las naciones que, como la nuestra, están apostando por aumentar la cantidad de energía renovable; no es que vayamos solos. Hay dos opciones para naciones como la nuestra en cuanto a las tecnologías vinculadas a ese sector: o las fabricamos o las compramos. Sería muy interesante que México encontrara esa senda en la cual podamos ser productores”, afirma el doctor Arjona.

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