La pintura solar 'made in Spain' que genera electricidad a través de la fotosíntesis

¿Es posible captar, quizás incluso almacenar, energía solar sin usar placas? El principal problema de estas, que vemos multiplicarse por todo el mundo, es simple si nos paramos a pensarlo: a más sol, más calor, por lo que la placa se recalienta y pierde eficacia precisamente en el momento que más podría aprovechar la energía. Parece de Perogrullo, pero es real.

Un proyecto de investigación europeo, en el que participan el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y varias universidades españolas y de Portugal, busca una solución novedosa. Para ello, investigan cómo usar la nanotecnología para imitar a la naturaleza y fabricar dispositivos capaces de absorber la energía del sol sin recalentarse. Y que todo esto se adapte a cualquier superficie.

Y es que para mucha gente que tiene instalaciones de placas en su vivienda se encuentran con un problema fundamental que llega en verano, cuando mejor deberían poder aprovecharlas. La insolación hace que las plazas alcancen temperaturas superiores a los 90 grados, algo que puede llegar a estropearlas.

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Un inconveniente que aumenta en escala cuando hablamos de grandes parques solares. Precisamente esos con los que España ha conseguido, ya este 2023, reducir sus emisiones de CO₂ a la atmósfera. Y que ya requieren cada vez mayores inversiones en tecnologías de dispersión del calor, pues en la transición energética cada pérdida cuenta.

Pero el programa Adaptation, en el que participa el CSIC, va más allá de mejorar las placas. El equipo investigador se pregunta qué podríamos hacer si prescindimos de ella, o si dejan de ser el dispositivo de captación solar por defecto.

Pintura solar

El desarrollo hipotético más de ciencia-ficción de este programa sería la pintura fotovoltaica. El futuro material del proyecto Adaptation se compondrá de nanodispositivos flexibles, capaces de captar y transportar energía y de enfriarse a sí mismos sin gastarla. De esta manera, podrían colocarse sobre un objeto como pintura.

Hablamos de nanodispotivos, es decir, piezas tecnológicas con medidas nanométricas: la milmillonésima parte de un metro. Estas, aunque no se pueden ver a ojo desnudo, se integrarían en esa pintura y permitirían que, por ejemplo, un coche eléctrico fuera capaz de alimentarse a sí mismo solo con la energía que ve captando del sol mientras se mueve. Adiós a los problemas con la ausencia de suficientes electrolineras.

En última instancia, todo esto se inspira en el propio proceso natural de las plantas, lo que se conoce como biología cuántica. Sara Núñez-Sánchez, investigadora de la Universidade do Minho en Portugal, explica que la supervivencia de las plantas “no depende tanto de la cantidad de energía que estas absorben, sino de que transportan esa energía de forma muy eficiente” gracias a lo que se conoce como "fenómenos cuánticos no triviales".

Este mecanismo es lo que el proyecto va a imitar creando un concepto nuevo de dispositivo para la conversión de energía solar, que deje obsoletas a las actuales placas. De nuevo se inspira en el proceso que sigue cualquier árbol, por ejemplo, para convertir la luz del sol en nutrientes. Y basta con tocar las hojas de uno que haya estado horas al sol: no están calientes. Este proceso altamente eficiente, por el cual las plantas consiguen regular su propia temperatura sin dejar de captar la energía solar, es el que revolucionaría la forma en que los humanos la aprovechamos.

Pedro David García, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), dependiente del CSIC, explica que actualmente “la integración de tecnologías fotovoltaicas o de captación de energía solar es incompatible con tecnologías que permitan una gestión de la temperatura de forma eficiente”. Es decir, que ‘enfríen’ la placa solar, digamos, cuando lo necesita, para que siga funcionando a pleno rendimiento.

El objetivo del programa Adaptation es “combinarlo todo en un único material: lograr una buena respuesta térmica con la optimización de la captación de energía del sol”.

El diseño imita a nivel molecular cómo se organiza el tejido fotosintético natural de las plantas, de manera que se generen nuevos materiales sintéticos que permitan reproducir ese mecanismo en los futuros dispositivos solares. Lo de molecular no es una exageración ni una metáfora. En Adaptation el objetivo es “imitar a nivel molecular cómo se organiza el tejido fotosintético natural para generar nuevos materiales”.

Enfriarse sola

El futuro dispositivo estará formado por los mencionados elementos nanométricos y tendrá las propiedades necesarias de absorción y transporte de energía, así como de control térmico. Es decir, por una parte, se avanza hacia reproducir la capacidad de absorber y transportar energía solar con la eficiencia de las plantas. Y por otra, hacia producir lo que se conoce como enfriamiento radiativo. Es decir, la capacidad de enfriarse a sí mismos de algunas plantas o elementos, como la propia Tierra, tal y como se puede constatar en la superficie del suelo en el desierto.

“Todas las estructuras que usaremos tienen de un modo u otro su origen en la naturaleza, pues nos inspiraremos en sistemas naturales y también usaremos directamente dichas nanoestructuras de la naturaleza en los dispositivos”, añade Martín López, investigador del Laboratorio Ibérico Internacional de Nanotecnología (INL) de Braga, otro de los centros portugueses que participan en el proyecto.

“En nuestro instituto vamos a caracterizar los materiales para dilucidar sus propiedades, de forma que podamos usarlas para diseñar los dispositivos reales”, señala Rosalía Serna, investigadora del IO-CSIC. “Estudiaremos qué tipo de nanoestructuraciones son las más adecuadas y cómo la luz interacciona con el material”, agrega López.

Los investigadores insisten en que una vez desarrollado el proyecto Adaptation, permita idear formas de transportar información con menos gasto de energía, algo que tiene un impacto directo en las emisiones de gases efecto invernadero (GEI) si tenemos en cuenta la bien conocida huella ecológica de las tecnologías de la información.

Además, forma parte del programa que todos estos desarrollos se realicen con los materiales más sostenibles y sencillos posibles, dentro de la estrategia europea de reducción de la dependencia de materiales críticos.

Además de los mencionados, forman parte del programa también el Instituto de Óptica (IO-CSIC) del CSIC, la Universidad de Vigo, la empresa españolas Avanzare Innovation Tecnologica SL y Cooling Photonics; la Universidad de Estrasburgo, Francia; la Universidad de Utrecht, Países Bajos, y la empresa Sunplugged-solare Energiesysteme GMBH, de Austria. En total, nueve entidades de cinco países distintos que acaban de recibir 3,6 millones de euros a través de las ayudas Pathfinder de la Unión Europea, destinadas a proyectos disruptivos que investigan y desarrollan avances tecnológicos.