En la primera mitad de 2020 la energía solar y la eólica cubrieron un 10% de la demanda mundial de electricidad, alcanzando un récord histórico. La cifra aún está muy alejada de lo que sería deseable, sobre todo teniendo en cuenta que el carbón aún genera la tercera parte de la energía global y que el reciente descenso en la cuota de este combustible fósil se debe mayoritariamente a la pandemia. Las energías limpias aún encuentran obstáculos técnicos que limitan su expansión; traemos aquí algunas innovaciones recientes que en el futuro podrían aminorar estas barreras y aumentar la sostenibilidad de las energías renovables.
Energía solar… de noche
El problema tan evidente como clásico de la energía solar es que solo puede generarse de día, y los paneles fotovoltaicos no pueden almacenar el sobrante de luz que recogen para su uso posterior. Naturalmente, existe la opción de emplearlo para recargar baterías, pero esto encarece el coste de tal modo que no es una solución sostenible. Por ello, desde hace años numerosos investigadores trabajan en sistemas que permitan guardar el calor solar para devolverlo por la noche en forma de electricidad.
El principio físico es el enfriamiento radiativo; un cuerpo caliente emite luz infrarroja, perdiendo calor. Y aunque el concepto parece sencillo, no lo es tanto diseñar un sistema que produzca electricidad con un rendimiento energético competitivo. Esto es lo que recientemente ha logrado un equipo de ingenieros de la Universidad de Stanford: utilizando tecnologías actuales que combinan el enfriamiento radiativo con una pequeña ayuda de la generación termoeléctrica, los paneles construidos por los investigadores pueden producir 2,2 watios por metro cuadrado, lo que multiplica otros resultados previos por 120 sin utilizar una fuente de energía externa. Según los autores, esta solución podría aprovecharse en regiones aisladas de países en desarrollo, e incluso permitiría convertir en electricidad el calor residual generado por los automóviles. En conjunto, los esfuerzos en esta línea auguran que en un futuro no lejano las granjas solares podrían funcionar tanto de día como de noche.
Imitar a las plantas
También en el campo de la energía solar, un eterno empeño del ser humano es lograr lo que las plantas y otros organismos obtuvieron de la evolución biológica: un mecanismo capaz de fabricar combustible a partir de la luz solar. La fotosíntesis artificial es un activo terreno de investigación que ha alumbrado infinidad de propuestas, ya que emular el funcionamiento de las plantas no solo nos daría una fuente inagotable de energía, sino que además lo haría retirando de la atmósfera el exceso de CO2 responsable del cambio climático.
Sin embargo, el reto es complicado: además de requerir un catalizador práctico y barato que sustituya a la clorofila vegetal, es importante que el proceso rinda un combustible limpio y sin subproductos indeseables. Por ejemplo, el pasado año investigadores de la Universidad de Illinois presentaron un sistema que emplea luz verde para convertir CO2 y agua en hidrocarburos líquidos. Pero tanto la catálisis por nanopartículas de oro como los productos finales, combustibles contaminantes, suponen obstáculos en el despliegue de estas tecnologías. Un nuevo sistema diseñado en la Universidad de Cambridge transforma el CO2 y el agua mediante luz solar en oxígeno y ácido fórmico, el cual a su vez puede derivarse a combustible de hidrógeno, una energía limpia. El dispositivo, que no requiere energía externa, utiliza un catalizador compuesto por varios metales raros, pero los investigadores aseguran que el sistema es eficiente en costes y que podría escalarse fácilmente desde el prototipo de 20 cm2 a láminas fotocatalizadoras de varios metros cuadrados. Actualmente ensayan otros catalizadores para mejorar el sistema, pero confían en que es un avance significativo hacia la producción sostenible y práctica de combustible por energía solar.
Turbinas eólicas a vista de pájaro
Aunque la energía eólica es una opción desplegada con notable éxito en todo el mundo, uno de sus principales inconvenientes es su impacto medioambiental. En especial, las organizaciones ecologistas vienen advirtiendo de la alta mortalidad que provocan entre las aves, y no solamente: en España se ha estimado que las aspas de los parques eólicos han matado a unos dos millones de murciélagos en los últimos 20 años.
Para abordar este problema se han propuesto diversas soluciones basadas en nuevas tecnologías, como las turbinas sin aspas, pero que son difícilmente aplicables a los cientos de miles de aerogeneradores que ya existen en todo el planeta. En cambio, la opción low-tech propuesta por un grupo de investigadores del Instituto Noruego de Investigación de la Naturaleza sí sería viable: pintar de negro una de las aspas. En un pequeño estudio, los científicos han observado que esta simple solución reduce la mortalidad de las aves en un 70%. Experimentos anteriores ya habían mostrado que esta estrategia reduce al mínimo el desenfoque de movimiento, lo que hace a los aerogeneradores más visibles para las aves.
Integrar eólica y solar
Si inevitablemente las plantas eólicas y solares están limitadas por la disponibilidad de los factores naturales, viento y sol, una manera obvia de optimizar su rendimiento es hacer un dos en uno, de modo que aumenten las posibilidades de cosechar en cualquier momento una u otra forma de energía. De hecho, un tres en uno es lo que propone la startup alemana Sinn Power: energía de las olas, el sol y el viento, todo ello en un mismo sistema.
El concepto, que ya se está probando en la costa de Grecia, consiste en una plataforma modular flotante que puede expandirse en función de las necesidades. Cada módulo contiene cuatro convertidores de energía de las olas y puede equiparse con paneles fotovoltaicos y cuatro pequeñas turbinas eólicas. Según los inventores de la primera plataforma oceánica flotante híbrida, el sistema es ideal para islas y zonas costeras. Sin embargo y aunque la idea ha captado una gran atención, los expertos señalan que las energías undimotriz y mareomotriz llevan décadas en experimentación sin terminar de despegar, a lo que se unen las incógnitas sobre el impacto ambiental y la resistencia de estructuras y materiales en condiciones reales.
Energía de las bacterias
Uno de los objetivos más ambiciosos en energías renovables es aprovechar la química de los seres vivos para producir electricidad, lo cual equivale a otra manera de exprimir la energía del sol procesada por los organismos terrestres. En concreto, las bacterias centran el foco de numerosas investigaciones multidisciplinares destinadas a generar energía a partir de la bioquímica, lo cual viene facilitado por las tecnologías genéticas y de biología sintética que permiten manipular los procesos biológicos de los microbios.
Una iniciativa prometedora es obra de un equipo de la Universidad de Massachusetts, y se basa en el empleo de la bacteria Geobacter sulfurreducens, que tiene la propiedad de fabricar nanocables de proteínas que conducen electricidad. Cuando la humedad del aire se fija a ellos, se produce una pequeña corriente eléctrica constante. Los investigadores han creado una película de nanocables de 7 micras de espesor que genera una corriente de medio voltio. El sistema podría escalarse para cargar dispositivos electrónicos, y en el futuro quizá incorporarse a la pintura de las paredes para suministrar electricidad a los hogares.
Javier Yanes
@yanes68
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