Entrevista a Ignacio Mártil de la Plaza, Doctor en Física y Catedrático de Electrónica en la Universidad Complutense de Madrid.
¿Cuáles son los principales retos a los que nos enfrentamos en la transición energética?
Hay muchos retos pero destacaría esencialmente dos: electrificar la economía y la movilidad.
La electricidad forma parte de nuestra vida cotidiana. Está presente en todo. Por ejemplo, hacemos esta entrevista por videoconferencia porque hay electricidad, nuestros móviles funcionan porque tienen una batería que suministra energía eléctrica, las luces funcionan gracias a la electricidad, etc.
Sin embargo, la electricidad representa tan solo entre el 15% y el 25% del consumo total de energía, dependiendo del país. Si queremos descarbonizar la economía, hay que lograr que el 100% de la energía que consumimos sea energía eléctrica. ¿Por qué? Porque la podemos obtener con fuentes que no emiten CO2.
Nos queda aún mucho para lograr ese 100% de energía eléctrica. Para ello es necesario, por una parte, electrificar gran parte de la industria, y por otra, electrificar el transporte, sobre todo la aviación y el transporte marítimo. El reto que queda por delante es ciclópeo.
¿Qué papel pueden jugar las energías renovables?
Las energías renovables juegan un papel esencial ya que, junto con la energía de fisión nuclear, son las únicas que no emiten CO2.
Necesitamos todas las energías renovables, en especial la eólica y la fotovoltaica, ya que son complementarias. En invierno no hay tanto sol pero sopla el viento, y en verano sopla poco viento, pero hay mucho sol. Uno de los grandes males que se le achacan siempre a las renovables es que son intermitentes e impredecibles, pero si uno contempla todo el conjunto de renovables como un único elemento que produce energía, esos problemas se minimizan drásticamente. Por lo tanto, necesitamos a las dos.
También se habla de la fisión y de la fusión nuclear como otras fuentes de energía que nos podrían permitir solucionar el problema de la descarbonización. Para mí sin embargo no son alternativas reales. A la fusión nuclear le queda muchísimo camino por delante para que sea una realidad y que sea rentable, tanto a nivel de investigación como económico. Y no tenemos tiempo para esperar.
En cuanto a la fisión nuclear, ésta lleva en el mix energético desde los años 60 y está estancada desde hace mucho tiempo por varias razones, entre ellas la seguridad y la inversión, tanto en tiempo como económica. Para poner en marcha un reactor nuclear de fisión se necesita, en el caso más optimista, entre 10 y 15 años. Esta energía no va a representar nunca un porcentaje mayor de lo que representa hoy en día, es decir alrededor de un cuatro por ciento. Es una cantidad muy poco significativa.
¿Cuáles son los principales retos de las energías renovables?
Aquí me voy a centrar en las energías eólica y solar, tanto la fotovoltaica como la termoeléctrica.
Antes hemos hablado de la intermitencia. Otro gran reto relacionado con esto es el almacenamiento de la energía. Necesitamos disponer de procedimientos eficientes y rentables que nos permitan almacenar la energía en aquellos momentos en los que la estamos produciendo pero no la necesitamos. Ese, por ejemplo, es el principal reto de la fotovoltaica. Mientras que la energía fotovoltaica no se esté utilizando para descarbonizar la economía, es decir, para hacer que una industria funcione, para una fábrica de automóviles, una gran acería, o una cementera por ejemplo, esa energía que se está produciendo o la volcamos a la red o la perdemos. Necesitamos poder almacenarla de manera eficiente.
Se habla mucho en estos tiempos del hidrógeno verde y de otros procedimientos, aunque habrá que ver en qué plazo puede resultar viable. En un futuro se obtendrá con procedimientos 100% renovables, se podrá almacenar y transportar, pero a día de hoy aún no es el caso.
Hay otro reto que tiene que ver más con cuestiones políticas que científicas. En este caso hablo en concreto de España. Por una parte, necesitamos que el marco regulatorio de la energía sea un marco estable, es decir, que no dependa de los vaivenes de quien gane o pierda las elecciones. Y por otra parte hay que apostar no solo por el autoconsumo sino también, y sobre todo, por las grandes plantas, tanto fotovoltaicas como eólicas. Hace falta suelo para esto y hay que hacerlo bien.
¿En qué líneas de investigación se está trabajando actualmente en energía solar fotovoltaica?
Hay varias líneas de trabajo aunque la más importante es mejorar la eficiencia de la tecnología dominante, que es de silicio. La energía solar fotovoltaica es absolutamente eficiente, está casi en los límites de lo que la teoría predice que se puede obtener, y además, según la Agencia Internacional de la Energía, es a día de hoy la forma más barata de producir electricidad.
El problema es que el silicio está llegando a su límite teórico, que está en torno al 29%-30% de eficiencia. Esto significa que de 100 unidades de energía que recibe del sol, tan solo 29 o 30 se transforman en electricidad.
Hoy día hay células solares de laboratorio que tienen sobre un 27% de eficiencia, y hay módulos fotovoltaicos que se comercializan que están en niveles del 24%. Estamos ya muy cerca del límite de eficiencia pero necesitamos más.
¿Por qué? La energía solar fotovoltaica, como todas las renovables, es una energía de baja densidad energética, es decir, que para obtener una determinada cantidad de energía necesitas muchas unidades de producción. Por lo tanto, es necesario aumentar su eficiencia.
Esto se puede lograr combinando el silicio con otra célula solar que la complemente. Esto es lo que hace la perovskita. La perovskita toma su nombre de un material, una roca, que hay en la naturaleza llamada titanato de calcio (calcio, oxígeno y titanio) y se llama así en honor al mineralogista ruso Lev Perovski. Sin embargo, la perovskita que se utiliza específicamente en las células solares se sintetiza en el laboratorio.
Se trata de un material que absorbe una parte del espectro solar de manera mucho más eficiente que el silicio. Si combinamos, en una estructura que denominamos tándem, una célula solar de silicio, colocándola en la parte de abajo, y una célula solar de perovskita encima, la perovskita absorbe la parte más energética del espectro solar y, a su vez, deja pasar la parte menos energética que será absorbida por el silicio. Combinamos así lo mejor de cada mundo.
En laboratorio se han logrado células solares de esta estructura tándem con una eficiencia del 31%-32%, frente al 27% de eficiencia del silicio solo. Y a nivel semi comercial hay módulos tándem con una eficiencia del 28%, frente al 24% del silicio.
En un plazo no superior a dos o tres años habrá módulos comerciales de tándem de silicio y perovskita con eficiencias del 30%-32%. Esa es la eficiencia que tiene una central nuclear o una central de gas.
¿Se podrán incrementar en un futuro estos niveles de eficiencia?
Si comparamos los avances en eficiencia del silicio y de la perovskita, no hay duda de que sí, se podrá incrementar esta eficiencia.
Las células solares de silicio surgieron a finales de 1950 y tenían una eficiencia del 15%. Hoy en día tienen una eficiencia del 26%. Es decir, que en 70 años su eficiencia se ha multiplicado por dos.
Si analizamos la perovskita, la primera célula solar apareció en 2009 y tenía una eficiencia del 4%. Hoy en día, las células de perovskita sola, sin silicio, alcanzan una eficiencia del 26%. Con estos datos, imagínate lo que se puede lograr en los próximos cinco años.
Aparte de la eficiencia, otra gran ventaja que tiene la perovskita que se sintetiza en el laboratorio es que los elementos químicos de los que está compuesto (carbono, hidrógeno, nitrógeno, plomo,…) son muy abundantes en la naturaleza. El inconveniente es que precisamente uno de esos elementos, el plomo, es altamente tóxico. De ahí que una de las líneas de trabajo en el campo de las perovskitas sea buscar una alternativa al plomo que permita mantener los mismos niveles de eficiencia. Se ha probado a sustituirlo por estaño pero de momento los resultados no han sido muy prometedores.
¿Los paneles solares se pueden reciclar?
Hoy en día el reciclaje es uno de los grandes negocios que se están abriendo en el mundo de las energías renovables. Actualmente un 90% de los integrantes de las células solares de silicio se reciclan. Y en unos pocos años esta cifra llegará al 100%.
La energía solar fotovoltaica de silicio utiliza elementos químicos muy abundantes y no tóxicos. Por una parte, el silicio, que es el segundo elemento químico más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno. Por otra parte, el aluminio, que es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre. También utiliza la plata, que aunque no haya tanta cantidad como los anteriores elementos, también es abundante. Por último también incorpora cantidades muy pequeñas de otros elementos como el fósforo o el boro, que también son abundantes. En definitiva, todos sus elementos son abundantes y además poco tóxicos, lo que facilita mucho su reciclado.
¿Llegarán las energías renovables a sustituir por completo a los combustibles fósiles en un futuro?
Esto es un gran debate. Mucha gente pone en duda que sea posible lograr un mix 100% renovable en todo el planeta. Hoy en día hay países como Islandia que lo han conseguido, pero claro, se trata de un país con pocos habitantes y con una geotermia espectacular. Conseguir esto a nivel global es un reto enorme. Pero no queda más remedio que avanzar en esa dirección, aunque ni nosotros, ni nuestros hijos lleguemos a verlo.
Además, otro de los grandes retos que tiene cualquier transición energética es que las inversiones en materia de energía son inversiones a larguísimo plazo, es decir, la inercia de los sistemas energéticos es enorme. Transformar un mix energético es un proceso muy largo y muy lento porque las inversiones son muy grandes y sus amortizaciones son también largas.
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