En materia energética, hoy estamos más cerca del futuro

Desde los años '90 del siglo XX, el impulso de la tecnología ha facilitado y abierto nuevos horizontes en las sociedades que, año tras año, ven aumentar su población, urbanización, movilidad, producción de bienes, demanda de energía, etc. Como dato a tener en cuenta, según la Organización de las Naciones Unidas (ONU), se estima que, en 2050, alrededor del 70% de la población mundial vivirá en ciudades. Este crecimiento acelerado pondrá probablemente en riesgo la sostenibilidad del sistema en cuanto a los recursos necesarios para soportar el crecimiento de la demanda en términos generales, así como el impacto ambiental derivado de un aumento del consumo y de las necesidades de forma incontrolada.

Teniendo en cuenta este contexto, es de vital importancia trabajar y encontrar soluciones en los modelos de sostenibilidad para corregir la deriva en la que han incurrido las sociedades a nivel mundial. Por eso, la llegada del generador más potente de la historia nos hace ilusionar con tener electricidad gratis. 

Este descubrimiento, que está dando mucho que hablar en la comunidad científica internacional, fue publicado en el diario científico Science Advances y se trata de un desarrollo de investigadores de la Universidad Martin Luther en Halle-Wittenberg (MLU), Alemania. Representa el logro de un importantísimo avance en la tecnología de paneles solares. 

El material con el que está diseñado, ya se ha convertido en una revolución para el sector: está fabricado con capas cristalinas de varios tipos de titanato de bario, estroncio y calcio dispuestas en una estructura de celosía. Es un objeto tan grande que ha dejado sorprendidos incluso a sus inventores. Deja fuera el silicio, un material común y poco eficiente que se utiliza en los paneles solares actuales. Los mismos científicos reconocen haberse quedado sin palabras al ver que el flujo de corriente era hasta 1.000 veces más fuerte. Sus creadores aseguran que ha superado todas las expectativas impuestas sobre él.

Los científicos en materiales aseguran que estamos ante un descubrimiento muy emocionante que podría tener un impacto significativo en el desarrollo de las células solares más eficientes. El hecho de que el nuevo material también sea más duradero y más fácil de producir que los paneles solares tradicionales a base de silicio, lo hace aún más prometedor. Con ello, la electricidad comienza una nueva era con un generador megapotente.

Hasta ahora, la instalación de generación de energía más grande jamás construida es la presa de las Tres Gargantas en China (Sanxiá Dàbà), una planta hidroeléctrica situada en el curso del río Yangtsé en China. Es la planta hidroeléctrica más grande del mundo en extensión y en capacidad instalada. El proyecto en su conjunto, que incluye la presa propiamente dicha, las centrales eléctricas, el transporte, los desvíos y la construcción de otros edificios relacionados, totaliza 27.47 millones de metros cúbicos (m³) de hormigón. La obra ha costado más que cualquier otro proyecto de construcción en la historia, con estimaciones no oficiales de hasta 75.000 millones de dólares.

Con una altura de 181 metros (m), un caudal medio de 116 000 metros cúbicos por segundo (m³/s), una capacidad total de agua de 39 300 hectómetros cúbicos (hm³) y una potencia instalada de 22 500 megavatios (MW). A su máxima capacidad, la presa retiene el agua a 91 m sobre el nivel del río. Ello equivale a un peso aproximado de 42 000 millones de toneladas concentradas en una extensión lo suficientemente reducida como para alterar el curso terrestre como si de un terremoto se tratara. Como resultado, según expertos de la NASA, la Tierra ha alterado su rumbo 2 centímetros desde su eje.

Esta megaobra ha generado el desplazamiento de cerca de 1.28 millones de personas para su construcción, además del negativo impacto ambiental y la pérdida del patrimonio cultural que ha quedado sumergido bajo las aguas. Hasta la fecha habrían trabajado unas 27 000 personas en el proyecto, desplazando más de 100 millones de m³ de tierra.

Retomando este último descubrimiento de un generador eléctrico tan potente, los investigadores que exploran nuevos materiales ferroeléctricos como el titanato de bario (óxido mixto hecho de bario y titanio), señalan que al tener cargas positivas y negativas separadas espacialmente, conducen a una estructura asimétrica que genera electricidad a partir de la luz. Sin necesidad de una unión ineficiente, como es la PN (mecanismo metalúrgico que une dos cristales de silicio necesario para fabricar los paneles solares tradicionales). Aquí se utiliza un láser de alta potencia en el proceso de creación, vaporizando los cristales de titanato, y cada cristal se guarda en sustratos que forman esa estructura de celosía responsable de un radical aumento de eficiencia.

La combinación de materiales ferroeléctricos y paraeléctricos en esta estructura hace que los electrones fluyan de manera más fácil por la excitación de los fotones de luz. Estos se polarizan cuando son sometidos a un campo eléctrico. Aquí tenemos la clave de ese aumento de eficiencia tan radical. La nueva investigación ha demostrado que la combinación de capas extremadamente finas de diferentes materiales aumenta significativamente el rendimiento de la energía solar.

Este nuevo generador cambia para siempre lo que sabemos sobre electricidad.  Los materiales ferroeléctricos tienen cargas positivas y negativas separadas espacialmente, lo que conduce a una estructura asimétrica que genera electricidad a partir de la luz. A diferencia del silicio, los cristales ferroeléctricos no requieren una unión PN para crear el efecto fotovoltaico, lo que facilita la producción de paneles solares.

No sólo proporciona un aumento de eficiencia, sino que, además, es más duradero y su producción es más económica que la de los paneles que utilizan silicio. ¿Podría llegar el momento en el que la electricidad sea gratuita? Además, su eficiencia hace que sea necesario un espacio menor para producir la misma cantidad de electricidad. Una característica que los hace ideales para el uso urbano en el que es espacio es limitado.

Tiene aproximadamente 200 nanómetros de espesor y está compuesto por 500 capas. El equipo desarrollador se encuentra trabajando en la primera aplicación práctica del material, una nueva célula solar para fabricar en masa, y prometen crear paneles solares que sean más eficientes, duraderos y rentables, ayudando así a acelerar la transición hacia un futuro más sostenible.

Al llegar a la fase de producción, este generador abrirá una puerta que podría cambiarlo todo en el sector de la electricidad. Ya hay varios interesados en este material y las predicciones son las mejores. En este contexto es alentador saber que hay una industria que sigue apostando por proyectos sostenibles generadores de actividad y empleo.

La energía solar es una de las fuentes de energía limpia renovable de más rápido crecimiento y se espera que la demanda de paneles solares aumente drásticamente en los próximos años. Según la Agencia Internacional de Energía, la energía solar se convertirá en la mayor fuente de electricidad para 2050, representando alrededor de un tercio de la generación eléctrica mundial. De tal manera, es necesario mejorar la eficiencia de los paneles solares actuales para que esto se convierta en realidad.

El descubrimiento del equipo de investigación de MLU podría desempeñar un papel clave en la transición energética: al aumentar el efecto fotovoltaico de los cristales ferroeléctricos, el nuevo material podría aumentar significativamente la eficiencia de los paneles solares. Esto no sólo haría que la energía solar fuera más rentable, sino que también reduciría nuestra dependencia de los combustibles fósiles y ayudaría a combatir el cambio climático.

Mirá también: Gracias a 5 millones de placas fotovoltaicas, Filipinas inaugurará el parque solar más grande del mundo

El siguiente paso del equipo de investigación de MLU es investigar más a fondo las propiedades del nuevo material y optimizar su rendimiento. El equipo ya está trabajando en un nuevo prototipo de célula solar basándose en sus hallazgos. Si tiene éxito, esto podría conducir al desarrollo de paneles solares comerciales basados en el nuevo material en los próximos años. 

Los hallazgos del equipo de investigación de MLU también han generado interés entre inversores y empresarios, varias empresas emergentes ya están explorando formas de comercializar la nueva tecnología, y los capitalistas de riesgo están ansiosos por financiar más investigaciones en esta área. 

"Se trata de un campo muy prometedor y con un enorme potencial", afirmó Markus Ederer, director general de una nueva empresa de energías renovables con sede en Berlín. "Si podemos crear paneles solares que sean mucho más eficientes y rentables, podríamos transformar el sector energético y ayudar a abordar uno de los mayores desafíos que enfrenta la humanidad hoy en día".

El descubrimiento del equipo de investigación de MLU es sólo un ejemplo de la investigación innovadora que se está llevando a cabo en el campo de las energías limpias renovables. Mientras el mundo enfrenta desafíos ambientales urgentes, es más importante que nunca invertir en tecnologías de energía limpia que puedan ayudarnos a hacer la transición hacia un futuro más sostenible. 

Aprovechando el poder del sol, podemos reducir nuestra huella de carbono y crear un mundo más próspero y equitativo para las generaciones venideras. Hoy podemos decir que estamos un paso más cerca del futuro.