El cuidado de nuestro planeta es todo un desafío para la sociedad y su principal objetivo es reducir los gases contaminantes: a medida que aumenta la necesidad de fuentes de energía renovables a escala mundial, es necesario crear nuevas soluciones que permitan ese crecimiento.
A pesar de que los paneles solares son un gran éxito y se consideran sustentables, lo cierto es que son de silicio, que si bien abunda en la naturaleza tiene un alto costo de extracción, purificación y procesamiento elevado, aunado a que al concluir su tiempo de vida útil genera desechos en gran escala.
Por eso grupos científicos del mundo entero buscan opciones para mejorar la tecnología existente. Y aquí es donde entran las ventanas fotovoltaicas, también conocidas como ventanas solares: esta tecnología del futuro son un tipo de ventanas que generan energía a partir de los rayos solares.
Con diferentes tecnologías, como la nanotecnología y los revestimientos líquidos, se puede convertir una ventana en un panel fotovoltaico transparente que tendrá la funcionalidad extra de generar energía.
Uno de esos núcleos de especialistas lo tenemos en el laboratorio de Síntesis de Películas Micro y Nano Estructuradas del Instituto Politécnico Nacional (IPN), que lidera la profesora e investigadora María de Lourdes Albor Aguilera. En esta instancia se estudian materiales desde su estructura atómica, para manipular sus propiedades estructurales, ópticas, eléctricas y morfológicas con la finalidad de obtener semiconductores prometedores en la conversión de energía solar a eléctrica.
La experta detalla a Vértigo que en el IPN se busca fabricar celdas solares fotovoltaicas de películas ultradelgadas que se puedan integrar a módulos fotovoltaicos con propiedades similares de conversión al silicio. Se han desarrollado materiales semiconductores micro y nanoestructurados que son eficientes y tienen un impacto ambiental menor.
Lo obtenido por Albor y sus alumnos es muy importante porque la producción de películas delgadas se logró tras un innovador proceso de química verde cuyo registro ya se tramita ante el Instituto de la Propiedad Industrial. En síntesis, se logró reducir la cantidad de las soluciones precursoras utilizadas en el proceso de factura de las láminas con propiedad fotovoltaica y por lo tanto los residuos tóxicos generados se redujeron hasta en 80 por ciento.
El desarrollo de estos innovadores materiales micro y nanoestructurados abre la posibilidad a la fabricación de celdas solares de películas ultradelgadas que reducen el impacto ambiental. Igualmente, da oportunidad a tecnologías sustentables y menos tóxicas como las ventanas solares inteligentes.
Para la académica estos materiales y esta tecnología son el futuro, “porque dejaríamos de colocar grandes bastidores para paneles solares en los techos de las construcciones, los cuales después de un tiempo de uso se convierten en desechos contaminantes; y podríamos aprovechar esta tecnología en infraestructura ya construida, como en las ventanas, para captar parte de la energía solar y convertirla en electricidad que generará beneficios ambientales en varias áreas”.
De acuerdo con la experta, hasta ahora pensamos que las celdas solares de silicio son sinónimo de energía sustentable, pero la fabricación, transporte y mínimo reciclaje de los paneles solares deja tras de sí un rastro contaminante. La generación de electricidad mediante energía solar fotovoltaica requiere grandes superficies para las instalaciones y precisa de materiales valiosos (como la plata), costosos de producir (silicio) y tóxicos (cadmio y plomo, entre otros).
Para hacerle frente al cambio climático, el calentamiento global y satisfacer la creciente demanda de energía eléctrica limpia se necesitan alternativas de bajo costo y más eficientes que las celdas solares con base en silicio (las más utilizadas en la actualidad). Se necesita reducir el tamaño de estas y hacerlas más eficientes.
Afortunadamente, según Albor hoy surgen nuevos materiales y se avanza hacia el panel del futuro, elaborado con materiales 100% reciclables. Por ejemplo, con su equipo de investigación ha logrado la tecnología de celdas solares de Telurio (Te) y de Telurio de Zinc (Zn Te) como capas intermedias, las cuales han demostrado ser adecuadas, ya que la eficiencia de la conversión fotovoltaica mejora. Por lo tanto, estas estructuras nanométricas son idóneas para su uso en esta tecnología.
Esto último la lleva a considerar que los paneles solares de películas ultradelgadas tienen ventajas al emplear menor cantidad de sustancias químicas y materiales durante el proceso de fabricación; además de tener la posibilidad de manipularlos de manera sencilla o incluso pensar en procesos de reciclaje al concluir su tiempo de vida útil.
Doctora en Ingeniería Eléctrica por el IPN, valora estos nuevos materiales semiconductores y, por supuesto, a los minimódulos de celdas solares como opciones con gran potencial para las grandes ciudades y en la agricultura.
A nivel urbano esta tecnología funciona para instalar los paneles solares transparentes en las ventanas inteligentes de edificios y rascacielos, mientras que en las zonas rurales esta innovadora tecnología de paneles semitransparentes se puede aplicar para lograr la sustentabilidad en invernaderos mediante el aprovechamiento de la radiación solar, porque hay evidencia científica de cómo la radiación solar y el uso de este tipo de invernaderos modifican el proceso de fotosíntesis para el crecimiento de ciertos cultivos.
“Hemos pasado de la teoría a la práctica, puesto que ya desarrollamos las celdas de películas semitransparentes para un invernadero donde se ha probado que solo una parte de la radiación solar pase a los cultivos y la otra se convierta en energía eléctrica”, comparte Albor.
De hecho, ya se construye el prototipo de un invernadero de tamaño considerable con el propósito de estudiar cultivos como jitomate saladet, jitomate cherry y fresa, los cuales son productos mexicanos de exportación con un amplio mercado. Además, hay la certidumbre de que si se encuentran las condiciones climáticas benéficas, con esta tecnología será posible cosecharlos en cualquier época del año y con mejores propiedades nutricionales.
Aunque su laboratorio carece de grandes apoyos de financiamiento sorprende que la doctora Albor y sus colaboradores hayan desarrollado la tecnología de CDTe de películas delgadas y ultradelgadas, lo cual los coloca en un plano internacional con el respectivo reconocimiento de otros grupos científicos.
Comprometida con la protección del medio ambiente y el cuidado de los recursos naturales, advierte que no debemos dejarle únicamente a los científicos la viabilidad de la vida humana en la Tierra, sino que también es responsabilidad de la sociedad tener conciencia del ahorro y el uso racional de la energía eléctrica.
Con una amplia trayectoria en el impulso del trabajo de investigación entre los jóvenes ingenieros y físicos, esta científica obsesionada por conseguir materiales de frontera para energía renovable busca que sus hallazgos tecnológicos verdaderamente incidan en disminuir el cambio climático.
El desafío del reciclaje solar
Cada año se generan más de 30 mil toneladas de residuos de paneles, pero para 2025 serán un millón y para 2050 habrá 78 millones de toneladas.
Los paneles solares están compuestos mayoritariamente de cristal, que supone entre 75 y 90% del material utilizado. El aluminio es aproximadamente 10% y el silicio está en torno de 5%. Luego hay una variedad de otros materiales, como cobre, plata y otros metales.
Casi 95% del material de un panel puede ser actualmente reciclado. Sin embargo, el mayor problema es el altísimo costo de extraer los materiales que componen el panel para separarlos y refinarlos de manera que se puedan utilizar de nuevo, operaciones que pueden generar un precio muy superior a su valor.