La escasez de suministros amenaza a la revolución verde pero impulsa la inversión solar

Faltan chips y metales. Pero no faltan plantas. La revolución verde se inventó hace unos 2.000 millones de años. En concreto, cuando aparecieron las primeras criaturas similares a plantas haciendo la fotosíntesis. Un prodigio que pareciera magia: convertir el Sol en comida y energía. Los vegetales son una formidable placa solar, “pero no son muy eficientes”.

Dice Michael Grätzel que “la fotosíntesis es una reacción fascinante, es la razón por la que estudié química. Quería entender cómo la naturaleza hace procesos muy complejos descritos en una ecuación tan simple”. La cuestión es que un árbol apenas aprovecha “un tercio de la energía solar para fabricar alimento”, tampoco les hace falta mucho más.afirma el investigador de la Universidad Politécnica Federal de Lausana (Suiza).

Las células solares de Grätzel no necesitan luz directa, hacen lo que las plantas pero sin tantas pérdidas.

Pero Grätzel, inventor de una célula fotovoltaica que lleva su nombre (y otras 50 cosas más que tiene patentadas) no ha parado de fijarse en las plantas para emprender su particular revolución verde tecnológica. La gran aportación de este científico fue colocar dióxido de titanio en diminutas nanopartículas, en lugar de en placas, como se hace en los paneles fotovoltaicos típicos. Cada nanopartícula se recubre de pigmento (su particular ‘clorofila’), y el resultado es un fluido con el que se fabrican las células solares. “Eso es básicamente tener hojas artificiales haciendo algo parecido a la fotosíntesis”.

Entretanto, la humanidad se sirve del silicio para edificar su era de la información y la computación. De los chips a las células placas fotovoltaica convencionales. Pero también toda esa tecnología de la que se sirve la revolución verde exigida para cumplir con el Acuerdo de París. “Desde aerogeneradores a vehículos eléctricos”, señala el catedrático de Microelectrónica de la UCM Ignacio Mártil, quien no se atreve a asegurar que la revolución verde de la tecnología esté en peligro, pero reconoce que la situación es “algo alarmante”.

Según la última actualización de mercado de la AIE , la cantidad de capacidad eléctrica renovable agregada durante el año pandémico de 2020 aumentó en un 45%, el mayor aumento interanual desde 1999. “La energía eólica y solar nos están dando más razones para ser optimistas sobre nuestros objetivos climáticos, ya que rompen récord tras récord” impulsados por China, explicaban en su informe. Pero los materiales necesarios para producir viento y sol son diferentes. Y unos son más escasos que otros.

Mártil y Grätzel comparten pasión por los nuevos materiales y hasta galardones, en este 2021. El primero ha sido galardonado con el Premio de la Real Sociedad de Física. El químico alemán, que estuvo en septiembre en España, recogió el Premio Fronteras del Conocimiento, ambos de la Fundación BBVA con el CSIC. Mártil es un especialista en silicio (tiene un mini ‘Silicon Valley’ en su laboratorio universitario). Grätzel lleva tres décadas intentando ‘desbancar’ al omnipresente silicio, rey en solitario de la microelectrónica desde los años setenta. ¿Ha llegado su reemplazo con esta crisis de materiales?

El silicio no es el problema en la revolución verde

El silicio, en sí, no es el problema. “Es el material más abundante de la corteza terrestre”, precisa Mártil. Sencillamente, sale de la arena. Pero “hay metales necesarios para fabricar los dispositivos de la revolución tecnológica verde, –incluidas células solares–, que son escasos. Se une el problema del suministro. Es un poco preocupante”.

Dos metales, el disprosio y el neodimio están escaseando y son fundamentales para fabricar, por ejemplo, los rotores de los aerogeneradores. Falta molibdeno, “que no está implicado directamente en la revolución verde, pero es un síntoma muy feo que escuchemos que falta suministro”. Del otro lado, Litio (“con reservas suficientes hasta para garantizar un crecimiento exponencial en la venta de coches eléctricos”) y cobalto, fundamentales para hacer baterías, no parecen tener problemas por el momento.

Grätzel lleva desde 1991 preparando el terreno a la era solar post silicio. No está claro que haya llegado ese momento, pero los desafíos planetarios exigen un incremento de la potencia instalada fotovoltaica si queremos seguir ‘calentitos, bien iluminados y conectados’.

Dice el químico que “la energía fotovoltaica tiene que aumentar su capacidad por un factor de 200 en las próximas décadas. Por tanto, necesitamos nuevas tecnologías, y la célula sensibilizada por colorante ha llevado a la creación de la nueva célula de perovskita, cuya eficiencia en pruebas piloto ya está superando a las células convencionales de silicio”.

La revolución verde lo fía a la perovskita, pero sin prisas

¿Perovskita? Sí. Aunque su nombre viene de un mineral que apareció en los montes Urales bajo los pies del geólogo Gustav Rose en 1829, en realidad la industria lo está descubriendo ahora. Y en forma de cristales que nada tienen que ver con la roca original. Una combinación orgánica-inorgánica que, por dentro, parece una jaula típica de los parques infantiles de los años ochenta. Un entramado reticular con unas propiedades interesantísimas para el sector solar.

“La tecnología de perovskita ha tenido un desarrollo asombroso en la última década”, dice Grätzel. La eficiencia de estas células ha pasado del 3% inicial al 25% en aproximada este tiempo. Pero eso sigue siendo menos que cualquiera de las de silicio que están actualmente en el mercado, si bien su desarrollo es prometedor. “El aumento tan rápido de eficiencia de la perovskita no se ha visto en ningún otro material”.

Mártil recuerda que había previsión de que un fabricante europeo pusiera en el mercado módulos con perovskitas, “pero no lo está haciendo.” Una vez más el problema es que este tipo de materiales “no tienen eficiencias estables en el tiempo y complica su comercialización”.

Eso sí, quizás tenga un nicho claro en pequeños dispositivos a los que alimentar sobre la marcha. Un casco forrado con células solares para cargar el móvil, unos auriculares que funcionen mientras corremos al sol… “Gadgets, como ocurrió en los orígenes de la tecnología fotovoltaica comercial, acuérdate de las calculadoras que tenían una pequeña célula solar”.

Una revolución verde que pasa por el autoconsumo solar

En una instalación solar una zona con niveles de irradiación similares a los del sur de España, el tiempo necesario para amortizar la energía empleada en su fabricación, ha pasado de los tres años en 1995, a algo menos de uno en la actualidad. Un panel fotovoltaico con base de silicio tiene una vida útil de unos 25 a 30 años. El 95 % de ese tiempo lo pasa produciendo energía neta adicional a la que se empleó en su fabricación e instalación.

¿Pasa el futuro solar de España por las azoteas o por mega huertos solares? ¿Autoconsumo o plantas de producción en medio de campo? Para Mártil, las dos cosas, autoconsumo y grandes huertos solares, que también tiene sus problemas”. El catedrático publicó recientemente una revisión histórica de la energía solar en De la utopía a la esperanza (Editorial Guillermo Escolar) con algunos argumentos a favor y en contra.

Pero en el debate sobre si es más eficiente disponer de grandes plantas de producción solar o de producir la energía allá donde se vaya a consumir, Grätzel y Mártil coinciden. La revolución verde necesita del autoconsumo. Es decir, placas en tu propia casa, oficina, industria. Esto, desde el levantamiento de los peajes solares, se ha popularizado en España, aunque en muchas instalaciones sencillamente se vierte esa electricidad generada a la red y se descuenta del precio final de la factura del cliente.

Es cierto que hay un tipo de energía, la solar térmica, que requiere de centrales para producir electricidad. En España hay una veintena de plantas que son capaces de ‘dar luz’ incluso cuando no da el sol (con capacidad para acumular) Cada noche, en la gráfica de Red Eléctrica de España en que se muestra de dónde viene nuestra energía, aparece un porcentaje pequeño de ‘solar’. Se corresponde con esas plantas, capaces de retener el calor del sol por el día para mover turbinas por la noche. La potencia solar térmica apenas alcanza los 10GW, frente a los 250 a 300GW eólicos de un buen día de viento. Pero la fotovoltaica tampoco da unas cifras espectaculares en el mix energético español.

“Si queremos incrementar la potencia instalada un 200% en las próximas dos décadas necesitamos descentralizar”, dice Grätzel. “Sistemas pequeños, donde cada casa sea una especie de planta de producción eléctrica. Esa fue la idea de un visionario ingeniero, NIcholas Hayek, inventor del Smart (el primer biplaza de Mercedes y Swatch) y de unos edificios con paneles en la azotea conectados a unas estaciones para cargar baterías en el sótano, incluidas las de los coches eléctricos”.

¿Y si los coches no son eléctricos? ¿O no damos abasto para producir tantas baterías? “Veremos también un despegue de los combustibles solares”, anticipa Grätzel. Es decir, usar la energía solar energía para producir carburantes, como el etanol. Volvemos a la mecánica de las plantas: Los vegetales convierten el dióxido de carbono (CO2) y el agua en oxígeno y azúcares, que utilizan como combustible para crecer. La revolución verde va más allá de la metáfora.