2023 fue un año histórico para las energías renovables en España. No sólo se batieron récords de producción, generando más de la mitad de la electricidad de todo el país, sino que para 2024 se espera un aumento del 6,5%. Los aerogeneradores llevan la delantera, pero el crecimiento de las granjas solares y del autoconsumo, con cada vez más instalaciones fotovoltaicas en viviendas colectivas y unifamiliares, también avanza a buen ritmo. Sin embargo, la dependencia de materiales escasos y el reciclaje de los paneles al final de su vida útil siguen planteando obstáculos a largo plazo.

Por eso, los investigadores buscan nuevas maneras de fabricar las placas solares para generar más energía y hacerlas más reciclables y ecológicas. Uno de los principales enfoques en ese sentido tiene que ver con cómo aprovechan las plantas la luz del sol para 'alimentarse'. El último avance que trata de emular la fotosíntesis proviene de India, donde un equipo de científicos ha conseguido desarrollar unas innovadoras células solares a partir de algas vivas.

Los ingenieros de la Amrita Vishwa Vidyapeetham, una prestigiosa universidad de Coimbatore, al sur del país, son los responsables de este novedoso dispositivo biofotovoltaico a partir de un alga que suele crecer en estanques y otras masas de agua dulce. Combinándola con varias capas de otros materiales, han conseguido generar electricidad, según revelan en un estudio publicado en la revista Advanced Materials and Devices.

El poder de las algas

Las algas ofrecen innumerables ventajas para sustituir materiales artificiales y no renovables, como los que se utilizan para fabricar las células solares que luego se montan en los paneles. Su potencial para producir distintas fuentes de energía es enorme, y su gran ventaja frente a otras plantas es que no requieren tierra cultivable ni agua potable. Muchas de ellas no son aptas para el consumo humano ni para los animales, por lo que su uso no impactaría negativamente en la cadena alimentaria. Además, su cultivo puede llevarse a gran escala en cualquier estación del año, sin depender de fertilizantes ni otros productos químicos que pueden dañar el medioambiente. 

En concreto, la macroalga Pithophora roettleri, perteneciente a la familia de las algas verdes, es habitual en lagos, pantanos y embalses en diversas partes del mundo (en España tiene presencia en regiones como Castellón). Es filamentosa y guarda ciertas semejanzas con los hongos, por la forma de reproducirse por esporas y colonizar sus hábitats acuáticos, y acostumbra a crecer en el fondo o a formar densas 'alfombras' en la superficie del agua.

Diagrama del estudio sobre biopaneles solares con algas Amrita Vishwa Vidyapeetham Omicrono

El equipo de científicos de la Amrita Vishwa Vidyapeetham llevan estudiando sus propiedades y su potencial como fuente de bioenergía desde hace años. Para comprobar hasta qué punto podían usarlas para generar electricidad con un nuevo dispositivo, recogieron muestras en un estanque de la región de Coimbatore. Posteriormente las limpiaron para eliminar cualquier otro elemento presente en el agua y las trituraron para obtener una pasta uniforme e intercalarla entre dos electrodos modificados. 

Así, para obtener una célula BPV (siglas de biofotovoltaica) viable, repartieron finas capas de algas entre un electrodo superior fabricado con cobre y recubierto de carbón activado y un electrodo inferior de óxido de titanio (TiO2) recubierto de óxido de estaño dopado con flúor (FTO). 

[El invento que mejora las placas solares sin cambiar la instalación: también puede calentar la casa]

Así crearon el que es, posiblemente, el primer dispositivo con el que "macroalgas vivas de agua dulce generan electricidad". Este tiene una superficie de apenas 1 cm cuadrado y fue capaz de generar una tensión de circuito abierto de 0,35 V y una corriente de cortocircuito de 10,19 μA.

En uno de los primeros ensayos, el dispositivo se expuso a una luz ultravioleta con una longitud de onda de 365 nm, y reaccionó generando una fotocorriente de 1,25 mA y una fototensión de 0,5 V. Para comprobar su resultado lejos de las condiciones estériles e inducidas del laboratorio, también se probó su rendimiento en condiciones ambientales. Para ello, los científicos conectaron diez de estos dispositivos en serie y los expusieron a luz solar natural, y fueron capaces de suministrar 5,53 V.

Diagrama del estudio sobre biopaneles solares con algas Amrita Vishwa Vidyapeetham Omicrono

De momento, su rendimiento está muy por debajo del de las células solares de silicio y aún más de las de perovskita, las más prometedoras ahora mismo en la investigación fotovoltaica, pero sí pueden utilizarse para alimentar dispositivos de baja potencia. Por eso son ideales para los sensores del Internet de las Cosas (IoT), que de momento dependen de pequeños paneles solares y baterías integradas.

Si consiguen mejorar la eficiencia y los problemas de escalabilidad de estos paneles, los investigadores están convencidos de que "esta tecnología fotovoltaica ecológica será la futura solución más sostenible para la generación de energía solar".

Fachadas bioadaptativas

La idea de aprovechar las algas para diseñar biopaneles capaces de generar energía, e incluso contribuir a la lucha contra el cambio climático capturando CO2, no es nueva. El estudio Splitterwerk Architects y la empresa de ingeniería Arup presentaron en 2013 el BIQ, un edificio de demostración a escala real con una fachada bioadaptativa. Esta consistía en 200 metros cuadrados de paneles de 'biopiel' de algas para generar energía, además de proporcionar sombra.

Una versión más avanzada de esta tecnología es la que propone la startup mexicana Greenfluidics, que añade al proceso la utilización de nanopartículas de carbono para mejorar la captación del calor. En este caso, su diseño está pensado para capturar dióxido de carbono, pasarlo por agua impregnada con unas microalgas que, al hacer la fotosíntesis, aumentan su masa y generan oxígeno.

Los biopaneles podrían sustituir a las placas solares Greenfluidics Omicrono

Así empieza un recorrido diseñado para colaborar en la generación de energía para el edificio: la biomasa se filtra cada cierto tiempo en forma de pulpa, se retira y se procesa para convertirla en biocombustible. Esta fuente de energía sostenible vuelve después al edificio para alimentar el quemador con el que funciona el sistema de agua caliente.

Un paso clave en el proceso es que se añaden al agua nanopartículas de carbono reciclables, que aumentan su conductividad térmica. Esto se hace pasar por un lado de los paneles, mejorando su captación de calor, mientras las algas se cultivan en el otro lado. En este caso, el calor se transforma directamente en electricidad a través de un generador termoeléctrico, y se introduce en el edificio.

Los biopaneles pueden usarse en las ventanas Greenfluidics Omicrono

Según los datos que aporta Greenfluidics, cada biopanel podría generar hasta 328 KWh por metro cuadrado al año. A eso habría que sumar el confort térmico que puede proporcionar a los edificios, lo que permitiría ahorrar 90 KWh por metro cuadrado al año. Pero la generación de energía no es un único propósito: también serviría para mejorar la calidad del aire, capturando 200 kilos de CO2 al año y proporcionando una oxigenación continua. 

El proyecto ha ganado varios premios internacionales a la innovación, pero de momento no hay publicaciones científicas que respalden sus resultados y se desconoce cuándo estará disponible para su uso en edificios reales. También hay expertos que cuestionan la viabilidad del producto, ya que, por ejemplo, los paneles utilizados en el BIQ multiplicaron por 10 el coste de la fachada del edificio.