Fotosíntesis artificial o la conversión del CO2 en etanol son algunos
El año 2016 ha supuesto un antes y un después en la lucha contra el cambio climático. El Acuerdo de París, firmado en diciembre de 2015 por unos 200 países y la Unión Europea, entró en vigor el año pasado para poner en marcha los compromisos más ambiciosos hasta la época.
Para cumplir uno de sus objetivos, el de las reducción mundial de emisiones de CO2, un elemento clave son las energías renovables. Y aunque a nivel internacional el precio de las instalaciones solares sigue bajando, la inversión en estas energías aumenta y por fin está en marcha la energía eólica marina en Estados Unidos, las tecnologías renovables disponibles en la actualidad no pueden satisfacer toda la demanda energética mundial.
Sin embargo, 2016 también ha sido clave en el desarrollo de las renovables, ya que la ciencia ha considerado sus limitaciones y la necesidad de un almacenamiento más barato de las mismas y sistemas más eficaces para capturar los gases del efecto invernadero. La revista oficial del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) se ha hecho eco de los avances más importantes del 2016.
1. Crear ‘gasolina’ con fotosíntesis artificial
El proceso para sustituir la gasolina y combustibles de los medios de transporte sigue siendo lento y los automóviles eléctricos no han terminado de instaurarse en la sociedad.
Existe, sin embargo, la posibilidad de crear un combustible líquido parecido a la gasolina a partir de la fotosíntesis artificial, que imita el método de la naturaleza para convertir la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en combustible.
Para ello, científicos de la Universidad de Harvard (EE.UU.) han desarrollado en 2016 una «hoja biónica» (así la llaman) capaz de captar y convertir el 10% de la energía de la luz solar, con un rendimiento 10 veces mayor que la fotosíntesis de una planta normal.
Se trata de un sistema de catalizadores fabricados con una aleación de cobalto y fósforo que divide el agua en hidrógeno y oxígeno. Luego, unas bacterias modificadas genéticamente se encargan de convertir ambos en combustible líquido.
2. Energía solar termofotovoltaica
El propio Instituto Tecnológico de Massachusetts anunció la pasada primavera un importante avance para superar los límites actuales de la energía fotovoltaica convencional empleada por los paneles solares. Lo que éstos hacen es absorver la energía de una parte del espectro de colores de la luz solar, principalmente el espectro de luz visible desde la violeta hasta la roja.
El MIT ha ido más allá, incorporando un componente intermediario hecho de nanotubos de carbono y cristales nanofotónicos que, como si fueran un embudo, capturan la energía de todo el espectro de colores, incluidas las ondas de luz invisibles ultravioletas e infrarrojas y las convierten en energía térmica.
El sistema de energía solar termofotovoltaica del MIT El sistema de energía solar termofotovoltaica del MIT
De seguir avanzando en esta línea de investigación, los científicos esperan romper en un futuro el límite teórico de la eficiencia en torno al 30% para las células solares convencionales, llegando a aprovechar, en teoría, el 80% de estas células.
Aunque consideran que aún es una fase muy inicial, el proceso, al estar impulsado por el calor, podría seguir trabajando incluso cuando el sol se oculte, solventando así uno de los principales límites de la energía solar: las intermitencias.
3. Células de perovskita
Las células solares de silicio que permiten transformar la luz en energía eléctrica son las que actualmente dominan el mercado mundial, pero tienen tres importantes limitaciones.
En primer lugar, porque que están hechas de un material que rara vez se encuentra en la naturaleza en la forma pura y elemental necesaria (se requieren enormes cantidades de energía para deshacerse del oxígeno que está unido a él). La segunda limitación es la rigidez y su peso y, la última, la ya mencionada eficiencia de conversión de potencia, que ha permanecido pegada al 25% durante 15 años.
En 2016 se ha potenciado, sin embargo, un nuevo tipo de células solares: las perovskitas. Se trata de una clase amplia de materiales en los que las moléculas orgánicas hechas en su mayoría de uniones de carbono e hidrógeno con un metal (como el plomo), y un halógeno (como el cloro), en un cristal tridimensional en forma de celosía.
Esto permite elaborar el proceso de forma mucho más barata y con menos emisiones. Los fabricantes pueden mezclar lotes de soluciones líquidas y luego depositar las perovskitas como películas delgadas sobre superficies de prácticamente cualquier forma, no es necesario un horno. La película en sí pesa muy poco. Se solventan así las tres limitaciones de las células solares de silicio.
El año pasado, grupos de investigación de la Universidad de Stanford (EE.UU.), el Laboratorio Nacional Los Álamos (EE.UU) y la Escuela Politécnica Federal de Suiza, entre otras instituciones, lograron una importante mejora en estas células, especialmente en cuanto a su durabilidad.
En un trabajo publicado en Science, Ian Sharp, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (EE.UU.), explica que «a principios de año no eran estables durante periodos largos pero se han logrado avances impresionantes en este sentido».
De seguir por este camino, los científicos creen que incluso una pequeña cantidad inicial de las nuevas células podría traer energía solar a lugares remotos que aún no están conectados a ninguna red eléctrica
4. Almacenaje de Carbono
El mundo produce casi 40.000 millones de toneladas de dióxido de carbono cada año, según el informe del National Oceanic and Atmospheric Administration de Estados Unidos. Para cumplir con el objetivo principal del Acuerdo de París, la reducción de las emisiones, hay que tener en cuenta que la generación de electricidad es responsable de la producción de un porcentaje importante de dióxido de carbono. Según datos del MIT, consiste en el 30% del dióxido de carbono de EE.UU.
En 2016 ha habido varios avances para capturar estas emisiones. Por primera vez se han implementado algunos sistemas previamente desarrollados y se han creado otros, como las células de combustible de carbonatos fundidos, para capturar el carbono derivado de estas emisiones. Sin embargo, no responden al problema de qué hacer con él una vez la emisión ha sido recogida.
Desde 2012, el proyecto CarbFix de Reykjavik Energy en Islandia ha optado por el método de enterrar el dióxido de carbono y convertirlo en piedra. En concreto, lo inyecta junto con agua a gran profundidad, donde ambas sustancias reaccionan con las piedras volcánicas y de basalto, abundantes en la zona.
Según un estudio posterior publicado en la revista Science en 2016, el 95% del dióxido de carbono se había mineralizado en menos de dos años.
5. Reciclar el dióxido de carbono en etanol
Una opción más útil para el dióxido de carbono una vez ha sido capturado de las emisiones es, en vez de enterrarlo, reciclarlo para generar combustibles fósiles.
Esto es lo que ha hecho este año el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de Estados Unidos. A partir de carbono, cobre y nitrógeno desarrolló un catalizador con una superficie texturizada que lograba convertir una solución de dióxido de carbono en etanol, según un estudio publicado en Chemistry Select.
Las células de combustible como ésta podrían capturar carbono de las chimeneas de las plantas de combustibles fósiles. Las células de combustible como ésta podrían capturar carbono de las chimeneas de las plantas de combustibles fósiles.
Los materiales para este proceso son baratos, y el reciclaje se puede realizar a temperatura ambiente, por lo que puede resultar rentable en su futura puesta en el mercado.
Pero no solo eso, el proceso podría permitir también almacenar energía sobrante de la generación de electricidad solar y eólica, aunque por ahora solo en teoría.
En definitiva, la perspectiva de futuro es más prometedora gracias a estas nuevas tecnologías y avances en energías renovables y reducción de emisiones. Todavía queda por recorrer, sin embargo, un largo camino hasta que estos nuevos métodos estén implantados.
