Las placas solares son un invento extraordinario. Son cada vez más baratas, se pueden instalar con cierta facilidad y, gracias a los constantes avances tecnológicos y de ingeniería de materiales, su eficiencia de conversión de luz solar en electricidad es cada vez mayor. Incluso pueden integrarse en las fachadas de los edificios para generar electricidad sin perjudicar la estética.

Sin embargo, la energía fotovoltaica tiene importantes carencias y limitaciones, y por sí sola no puede cubrir la demanda energética de un país. Conviene diversificar también entre las renovables con propuestas menos intermitentes y más estables, y ahí entran desde la energía de las olas del mar hasta la que se basa en centrales de concentración solar (CSP), en la que España es líder europeo pero se está quedando atrás frente al empuje de EEUU, China o los países del Golfo Pérsico.

A diferencia de los paneles solares fotovoltaicos, que convierten la luz en electricidad, estas instalaciones termosolares concentran la radiación solar en un receptor o torre solar gracias a cientos o miles de espejos. El proceso implica que esa radiación se transforma primero en calor, que posteriormente se utiliza para generar electricidad con turbinas convencionales.

“Es un porcentaje pequeño del mix energético, en torno a un 5%, pero su contribución se extiende más hacia la noche que la energía fotovoltaica y eso ayuda muchísimo a compensar la demanda”, explica el físico Iñigo González de Arrieta a EL ESPAÑOL-Omicrono. "Su potencial de crecimiento es enorme, sobre todo en un país con tanta radiación solar directa como España", señala.

Este joven profesor pertenece al grupo de investigación Propiedades Termofísicas de Materiales de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) y, junto a sus compañeros Gabriel A. López y Telmo Echániz, acaba de dar un paso fundamental para que este tipo de instalaciones mejoren sus capacidades y sean aún más eficientes transformando la luz del sol en energía.

En un artículo publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells, los investigadores vascos revelan los detalles de un nuevo material ultranegro que mejora la absorción de la luz hasta un 99,5% y es mucho más resistente al calor que los que se usan habitualmente, lo que abre la puerta a centrales CSP más rentables y eficaces.

Mayor absorción

"Las centrales de energía solar concentrada vivieron un gran auge entre 2008 y 2012", señala González de Arrieta, "y se llegó a considerar como una inversión estratégica en España, pero luego su avance quedó completamente parado. Ahora parece que hay un nuevo impulso, pero siempre ha estado rodeado de cierta incertidumbre”.

Uno de sus grandes hándicaps frente a otras alternativas es su elevado coste inicial, pero sus ventajas son enormes. "La principal de ellas es que, como lo que generas es calor, no necesitas un ejército de baterías para almacenar electricidad como en el caso fotovoltaico. Basta con calentar cosas y mantenerlas calientes", explica.

Lo más habitual es utilizar sales fundidas, minerales que a cierta temperatura se funden y son capaces de mantener durante mucho tiempo el calor, "hasta que se conectan de nuevo a un circuito por el que pueda fluir el calor y este mueva una turbina”.

Gracias a este sistema de almacenamiento de energía a largo plazo, es mucho más resiliente y estable que la energía eólica o la fotovoltaica, y puede ser fundamental para evitar sucesos como el apagón que tuvo lugar el pasado abril en España.

Así, el objetivo de los investigadores de la UPV/EHU y de sus tres colaboradores en la Universidad de California en San Diego, se ha centrado en "reducir el coste de esta fuente de energía, que es un factor limitante". Para ello, se han centrado en desarrollar "materiales capaces de absorber la luz solar de forma muy eficiente y a muy alta temperatura".

En la actualidad, existen materiales que aguantan altas temperaturas, pero no absorben la suficiente luz... y viceversa. Entre ellos están los llamados nanotubos de carbono, que han permitido recubrimientos ultranegros con una alta capacidad de absorción de la luz, superior al 98%. Pero tienen un problema: "o no aguantan las altas temperaturas o no resisten la humedad”.

Partiendo de una idea similar, los colaboradores estadounidenses de los investigadores vascos decidieron fabricar los materiales a partir de agujas diminutas (nanoagujas de cobaltato) para que, cuando entrara la luz solar, se pudiera quedar atrapada en el espacio entre ellas. “Así maximizas la probabilidad de que la luz se absorba, porque estás minimizando la cantidad de caras del material expuestas”, indica González de Arrieta.

Su funcionamiento es parecido al de una esponja que absorbe todo el agua que tiene alrededor y no la deja salir. Sin embargo, estos materiales basados en nanoagujas no conseguían todavía una absorción de luz lo suficientemente alta, porque entre otras cosas no eran capaces de retener la radiación del espectro infrarrojo.

Para probar nuevos enfoques, “lo que propusimos fue depositar un nuevo material (óxido de zinc) encima de las nanoagujas que ya se habían desarrollado para hacerlas todavía más mate y más negras. Esta deposición les aporta una textura que, por lo que hemos podido comprobar, favorece muchísimo sus propiedades ópticas y de resistencia a temperaturas superiores a los 600 ºC”.

Pruebas de laboratorio

Además de esta nueva capa que optimizaba las propiedades ópticas de las nanoagujas, la principal contribución del equipo de la UPV/EHU a la investigación fue poner a prueba el material y estudiar sus propiedades. “Cuando se decidió hacer esta nueva estrategia, nuestros colaboradores necesitaban validarla y nosotros tenemos instrumentos ópticos muy avanzados, que están al alcance de muy pocos laboratorios”.

De todo el proceso, el físico vasco destaca que los mayores obstáculos tuvieron lugar precisamente en esas mediciones. "Los experimentos nunca salían como pensábamos y era difícil interpretar los resultados que obteníamos, porque con este segundo material estábamos reduciendo la reflexión y aumentando la absorción".

De hecho, a día de hoy no están del todo seguros de haber dado con la explicación física de lo que realmente ocurre a nivel microscópico para obtener esos resultados. “No esperábamos que fueran tan buenos, fue toda una sorpresa”, asegura.

También tienen pendiente todavía cuantificar la durabilidad a largo plazo de este material cuando se somete a muchos ciclos de calor y frío. "Si demostramos que dura más, también se traducirá en una reducción del coste a largo plazo de esta tecnología”.

De momento, el equipo sigue a la búsqueda de materiales con propiedades similares, y tiene entre manos un proyecto de investigación con Tekniker, el Centro Tecnológico y de Investigación de Eibar. “Lo que buscamos es averiguar cómo fabricar con láser superficies con gran absorción solar y capaces de emitir toda esa radiación”.

Que estas investigaciones y otras similares acaben fructificando en productos comerciales es fundamental para países como España, con un enorme potencial para aprovechar las condiciones meteorológicas de regiones como Extremadura o Andalucía. "En el sur de Badajoz tenemos una radiación solar directa increíble, las mejores condiciones posibles para las centrales de concentración solar”, concluye González de Arrieta.