El desarrollo de las energías renovables es uno de los mayores retos energéticos del siglo XXI. Encontrar alternativas a los combustibles fósiles se antoja necesario, no solo para reducir el impacto de una futura crisis energética, sino como una solución imprescindible para paliar los efectos –a este paso irreversibles– del cambio climático.
La tecnología para llevar a cabo estas alternativas ya está madura, pero aún hay limitaciones y contraindicaciones que se pueden solventar: es la intención del desarrollo de células solares basadas en nanocristales. El proyecto está siendo desarrollado por la Fundación Agencia Aragonesa para el Desarrollo y la Innovación (Araid) en el Instituto de Nanociencia de la Universidad de Zaragoza. Hemos contactado con Maria Bernechea, investigadora y doctora involucrada en la iniciativa, para que nos dé más detalles de la misma y cuál es su estado actual, en nuestra revista Verano Libre.
El silicio, pilar de los paneles solares
La gran mayoría de los paneles solares instalados actualmente están fabricados con silicio, un componente fuertemente asentado en el sector. "El sistema central está pensado en el silicio. Han conseguido rebajar los costes de producción y mejorar la eficiencia –comenta Bernechea–. Es como los automóviles. Ya no solamente su sistema de fabricación, sino como todo el sistema de movilidad, como las gasolineras, está asentado".
Pero pese a que este tipo de paneles son los más comunes, su producción suele ser costosa. "Una celda solar es un dispositivo fantástico. ¿Por que estamos quemando gas o petróleo si tenemos esto? Algún motivo tiene que haber para que no se haya extendido. Y es por que la construcción de los dispositivos es carísima".
Consultando los precios de mercado, el metro cuadrado de panel solar cuesta entre 600 y 800 euros, por lo que una instalación en un hogar puede oscilar entre los 2.000 y 10.000 euros. Una inversión inicial que supone la mayor barrera para su implementación, ya que su beneficio solo se obtiene en el largo plazo. Un gasto al que hay que sumar el aparatoso tamaño de los módulos y su peso.
Una tecnología viable y con futuro
"Por eso han ido surgiendo distintas alternativas para intentar abaratar los costes de producción de los distintos dispositivos", explica la investigadora. Sin embargo, estas opciones generalmente están compuestas por elementos tóxicos como el plomo o el cadmio que las hacen poco recomendables para su manipulación en el hogar, o de materiales costosos por su escasez, como el indio o el teluro.
Doctorada en Química, María Bernachea se ha especializado en el desarrollo de materiales para energías limpias. Su vocación le llevó a iniciar en el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) una investigación para encontrar una célula solar que fuera barata, y además no contaminante.
Muestra de la disolución AgBiS2
La solución finalmente se materializó en forma de nanocristales AgBiS2, compuestos por plata, bismuto y azufre. Elementos abundantes en la tierra y además no tóxicos. "Son nanomateriales que se pueden obtener en disolución, así que para su uso en dispositivos es como aplicarle una pintura. Entonces eso simplifica muchísimo la fabricación y la abarata", explica la doctora.
Sin embargo, la mayor ventaja del uso de este elemento radica en su elaboración. Mientras que la mayoría de las células ultrafinas que se realizan hoy en día se fabrican a través de costosos procedimientos de vacío y a muy altas temperaturas (800ºC-900ºC), los nanocristales AgBiS2, por su naturaleza de solución, se elaboran al aire y mediante temperaturas más bajas (100ºC), lo que reduce drásticamente los costes de producción y les otorga un potencial como alternativa de futuro.
Las primeras pruebas realizadas con estos nanocristales arrojaron un 6,3% de eficiencia de conversión energética, un resultado parecido a otras células ultrafinas. Una eficiencia que, aunque dista de la del silicio, hace a esta disolución ideal para diferentes aplicaciones futuras debido a su reducido espesor de apenas 35 nm.
"Yo creo que para lo que es producción masiva en plantas, al igual que tenemos las centrales de ciclo combinado y cosas así, probablemente lo que va a seguir funcionando es el silicio –opina Bernechea–. Sin embargo yo creo que van a surgir nuevas necesidades, por ejemplo producción en áreas locales aisladas que no están conectadas a la red, o dispositivos autónomos para móviles u ordenadores, incorporación en textiles, dispositivos en casa… Para este tipo de aplicaciones un poco mas nuevas yo creo que puede haber un nicho para estas tecnologías", apunta, optimista.
Dificultades en la investigación
La investigación, originalmente desarrollada por ICFO, se encuentra en desarrollo en la Universidad de Zaragoza. Un traslado que, en palabras de Bernechea, ha lastrado su progreso. "Cuando vas a sitios nuevos hay que empezar de cero y tienes que montar los diferentes sistemas. Entonces por eso va todo con un poco de retraso, por que ya no solo es el trabajo de desarrollar algo sino el trabajo previo para poder llevarlo a cabo".
Este tipo de interrupciones suelen ser algo habitual en la comunidad científica, que se ve continuamente perjudicada por la falta de inversión en investigación. Una situación que se ve agravada por el bloqueo institucional y la prorrogación continuada de los Presupuestos elaborados por el Gobierno de Rajoy en 2018, ante la falta de consenso para unos nuevos.
El proyecto ha recibido financiación por diferentes vías, entre ellas el Ministerio de Economía y Competitividad o el Fondo Europeo de Desarrollo Regional en 2016, cuando se estaba desarrollando en el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO). El trabajo se hizo hueco en las publicaciones científicas más reputadas del sector, como en la revista Nature Photonics.Nature Photonics
Actualmente la investigación se lleva a cabo en el Instituto de Nanociencia y en el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, donde Bernechea recibió el pasado febrero una Ayuda a la Investigación en Energía y Medio Ambiente de la Fundación Iberdrola valorada en 20.000 euros.
La doctora celebra estas ayudas, aunque distan de ser lo habitual en estos casos. "Dentro de lo que cabe yo he recibido financiación. Comparándome con otra gente de mi misma generación, no puedo quejarme –apunta–. Pero un poco de apoyo nos vendría bien, ya que nos permitirá hacer estos proyectos más rápido y mejor", asegura, y evitar que se lleven a otros países, quitándole el privilegio a la ciencia española de ser pionera en el campo. En el país más soleado del continente.
Los nanocristales aún se encuentran en fase de desarrollo, aunque su viabilidad y potencial ha quedado patente. Sin embargo, en palabras de la doctora aún "queda bastante trabajo por hacer". "Lo que hemos hecho este año es trabajar sobre el desarrollo de los materiales –explica Bernechea–. Tenemos resultados interesantes, pero todavía no hemos podido llegar a la fase de empezar a hacer pequeñas celdas solares en el laboratorio para caracterizar los materiales".
El desarrollo de las energías renovables es uno de los mayores retos energéticos del siglo XXI. Encontrar alternativas a los combustibles fósiles se antoja necesario, no solo para reducir el impacto de una futura crisis energética, sino como una solución imprescindible para paliar los efectos –a este paso irreversibles– del cambio climático.