PEROVSKITA: ENERGÍA SOLAR DEL FUTURO

J. Alberto Castro
Columnas
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El innegable avance tecnológico de las energías renovables (energía eólica terrestre y solar fotovoltaica) y la continua reducción de sus costos y precios son hechos que permiten vislumbrarlas como elemento central de la red energética del futuro.

De acuerdo con la Agencia Internacional de Energías Renovables (Irena) este tipo de energía no subsidiada es actualmente la fuente más barata de generación de energía que cualquier opción de combustible fósil disponible en el mercado.

El informe de Irena encuentra que las tarifas de instalación y mantenimiento de las energías renovables, que fueron un obstáculo importante para su adopción masiva, se mantienen en una trayectoria descendente.

También sostiene que más de una quinta parte de la producción de energía eléctrica global ahora se genera a partir de fuentes renovables.

Esta nueva realidad económica, junto con la urgencia de reducir emisiones de dióxido de carbono, podrá acelerar la adopción de las renovables a gran escala en muchos países.

La clave de todo es la drástica mejora de la eficiencia energética de los dispositivos por medio de nuevos materiales y la optimización del suministro de servicios energéticos, como la iluminación, consumiendo mucha menos electricidad.

Esta convergencia tecnológica, con producción en gran escala de paneles solares, baterías y otros equipamientos versátiles, abre un campo enorme para la innovación y el desarrollo de nuevos modelos de negocio para la energía.

“Asumiendo el reto de superar las limitaciones de la tecnología de silicio cristalino, desde hace algún tiempo en la UNAM investigamos muy activamente en las posibilidades que ofrece la tecnología de unos materiales denominados perovskitas. Estos tienen la propiedad de obtener elevados voltajes de operación y han supuesto una de las mayores sorpresas en el campo de la investigación en dispositivos fotovoltaicos, ya que su eficiencia se incrementó sustancialmente en solo una década”, explica a Vértigo el investigador Diego Solís Ibarra, del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM-UNAM).

El doctor en Ciencias Químicas aclara que el principal inconveniente de las celdas de silicio es la alta inversión inicial y acentúa: “En distintos puntos del planeta con esta tecnología se van a fabricar celdas de perovskita con procesos industriales muy económicos; estamos ante lo que puede ser una auténtica revolución en el campo de la energía solar”.

De acuerdo con el especialista otro factor determinante es su menor peso. “Se puede disminuir hasta en una cuarta parte”. Las celdas de silicio son más pesadas y, por ende, aumenta el costo de su traslado, es más difícil su instalación y se reducen los lugares posibles donde instalarlas. “En una estructura débil, de láminas, no pondrías paneles”. Por el contrario, las celdas de perovskita con menos peso amplían las posibilidades de transporte y de lugares para su instalación. Sin duda será más fácil expandir esta tecnología incluso a lugares aislados, como la sierra chiapaneca o la tarahumara.

Energía solar más barata

El joven profesor sostiene que el perovskita tiene una capacidad y eficiencia de conversión mínima de 25.5%, casi igual a la del silicio cristalino de 26%. Sin embargo, científicos de la Universidad de Gifu, en Japón, y del Instituto de Tecnología de Tokio identificaron un material de perovskita de calcogenuro con atributos de absorción de luz lo suficientemente fuertes como para ofrecer el potencial de una eficiencia de conversión máxima teórica de 38.7%, muy arriba del silicio.

Para el doctor Solís la diferencia esencial entre las tecnologías de fabricación de las células solares de perovskita y las de silicio reside en el hecho de que los procesos de fabricación de las células de silicio son de alta temperatura y con gran complejidad de las instalaciones. En cambio, las de mineral perovskita requieren de un equipamiento de fabricación sencillo y barato.

Otro atributo es su “fabricación en tinta”, como si estos materiales se imprimieran en una impresora. Eso las hace más fácil de producir.

“En efecto, mediante la mezcla de disoluciones líquidas de los constituyentes, los fabricantes pueden depositar películas delgadas ligeras de perovskitas en cualquier sustrato, sin necesidad de recurrir a procesos de alta temperatura, lo que reduce en gran medida los precios de producción”, indica.

En el laboratorio dirigido por el doctor Solís se crean celdas de perovskita, pero pequeñas (de un par centímetros cuadrados). La estrategia —aclara el experto— es hacerlas pequeñas, incluso de milímetros, para explorar, estudiar y entender los materiales en los dispositivos.

A largo plazo el plan del científico es desarrollar celdas de 100 cm cuadrados o más grandes en corto tiempo y luego, con una tecnología adecuada y eficiente de formación de película fina, empezar la producción en masa de paneles fotovoltaicos con base en este material que va a revolucionar la energía solar.

Sin embargo aún hay retos muy importantes que deben superarse. Uno de los componentes de este tipo de celdas es el plomo, elemento altamente peligroso porque es neurotóxico. Aunque la cantidad es mínima, el plomo se puede filtrar fuera de los paneles solares y contaminar el suelo y/o las aguas subterráneas del entorno. Este asunto es hoy abordado por el doctor Solís y su equipo, quienes investigan la forma de disminuir el contenido de plomo de las celdas.

Otro desafío en el cual trabajan los universitarios es mejorar la estabilidad de los materiales de las celdas de perovskita. Se estima que su tiempo de vida, en las mejores condiciones, es de ocho o quizá diez años, pero su duración ideal sería de 20 años o más. “Hemos desarrollado ya nuevos materiales con mejor estabilidad y con menor toxicidad. Tenemos candidatos prometedores con buenos resultados iniciales. Y seguimos trabajando para mejorarlos”.

Convencido del futuro de la energía fotovoltaica porque se basa en un recurso ilimitado como la luz del Sol, el doctor Solís considera que hay muchas personas, familias y empresas grandes y pequeñas que ya cuentan con sistemas de celdas solares. Es un mito creer que esta opción de energía limpia es un lujo de ricos preocupados por el tema ambiental. La verdad es que la energía solar se ha convertido en una seria amenaza para la infraestructura existente de combustibles fósiles, no porque sea verde sino porque es barata. A esto último sumemos que es una de las alternativas para frenar el peligroso incremento de los niveles de dióxido de carbono y otros gases que generan el efecto invernadero.

Igualmente comparte que los paneles solares son particularmente prometedores en los países más pobres y en las regiones con redes de energía exiguas y no fiables y con mucha luz solar durante el día. También son una opción para las grandes economías y para las emergentes. Nuestro país es más que idóneo, porque el Sol enciende la totalidad de su territorio durante casi todos los días del año.

Confiado en que la transición energética será inevitable, anticipa que el triunfo final de la energía solar fotovoltaica (y de otras renovables) descansa en que se vuelve más barata a medida que se vuelve más popular y viceversa, más popular a medida que se vuelve más barata.

Países con mayor producción de energía solar

Ranking 2020 (%)

Honduras 14.8.

Israel 8.7.

Alemania 8.6.

Chile 8.5.

Australia 8.1.

Grecia 8.1.

Fuente: Agencia Internacional de la Energía

Energía fotovoltaica en México

Actualmente la capacidad instalada es de 818 megawatts (MW). Para 2021 se esperan 10 mil MW, lo cual posicionaría al país como el quinto lugar mundial con capacidad instalada.

La industria fotovoltaica se considera la fuente de energía renovable más importante en el país, ya que genera una cantidad importante de empleos; en un futuro (en 2030) podrían dar pie a la creación de más de 200 mil.

Fuente: Asociación Mexicana de la Industria Fotovoltaica