José Luis Maldonado Rivera (CIO)

El doctor es investigador titular “C” TC Conacyt en el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO). Contacto: jlmr@cio.mx

Energía renovable es aquella que se obtiene de fuentes naturales inagotables con respecto a la escala temporal de vida humana (como la del Sol); entre las energías renovables se encuentran la hidroeléctrica, la geotérmica, la biomasa, la maremotríz, la basada en hidrógeno, la eólica (energía del viento), la solar (térmica y fotovoltaica).[1] Varias de estas energías también se clasifican como limpias y alternativas, debido a que podrían suplir o complementar a las fuentes energéticas convencionales, como las basadas en los hidrocarburos.[2]

El consumo de energía es uno de los puntos clave de medición del progreso y bienestar de la sociedad. Una crisis energética surge cuando las actuales fuentes de energía se agotan o se encarecen drásticamente; toda sociedad está en un continuo crecimiento lo que requiere también de un aumento en el consumo de energía.

Debido a que las fuentes de energía fósil (petróleo, carbón, gas natural) son finitas, será inevitable que la demanda energética sea mayor a la que se pueda generar; de aquí, la enorme importancia de descubrir y desarrollar otras formas para obtener energía. Asimismo, las fuentes fósiles presentan graves inconvenientes en el tema de la contaminación (no son energías limpias), debido a la enorme generación de gases de efecto invernadero (como el bióxido de carbono o CO2) que influye profundamente en el cambio climático global, originando múltiples consecuencias negativas a nuestro ecosistema.

Así, el desarrollo de fuentes alternativas de energía no es sólo indispensable por la ya cercana escasez de las fuentes tradicionales −los pronósticos indican que esto sucederá en este siglo XXI− sino también a una necesidad del cuidado medioambiental. Por ello, es cada vez más frecuente que se hable de un desarrollo sostenible que consiste en: a) el uso de fuentes de energía renovable, b) la utilización de fuentes limpias, c) el fomento del autoconsumo, d) la mejora del rendimiento energético de los equipos eléctricos y electrónicos (fuentes de iluminación, equipos electrodomésticos y electrónicos), y e) el desarrollo de una conciencia y una cultura de ahorro energético.

Desde tiempos remotos, las energías renovables han sido usadas por los seres humanos, particularmente, la hidráulica (molinos de agua), la eólica (botes y barcos de vela), y la solar (iluminación y calentamiento). Sin embargo, cuando James Watt inventó la máquina de vapor (siglo XVIII) se empezaron a abandonar estas formas de uso energético haciéndose más populares los motores térmicos y eléctricos. En los siglos XVIII y XIX, el relativo escaso consumo energético no preveía un agotamiento de esas fuentes ni problemas ambientales, pero en el siglo XX se presenta un extraordinario aumento energético. Particularmente, en los años setenta las energías renovables se consideraron una alternativa a las energías tradicionales, tanto por su disponibilidad garantizada como por su menor impacto ambiental.

Actualmente, varias de estas energías son una realidad −como la eólica y, particularmente, la solar: térmica y fotovoltaica−, no una alternativa (por lo que ese nombre pudiera en un futuro cercano carecer de significado). Se estima que alrededor de un 80 por ciento de las necesidades de energía en las sociedades modernas se usa para la industria, la calefacción, la climatización artificial y el transporte. La energía renovable se ha concentrado en la producción de electricidad.

En México, la Ley de Transición Energética establece tener al menos 35 por ciento de producción de energías renovables para el año 2024. Las tecnologías renovables predominantes en el mercado de nuestro país son la eólica y la de celdas solares a base de silicio (Si) (celdas de primera generación). Sin embargo, ambas son tecnologías de importación, y esto es así porque hace 30 o 40 años hizo falta apoyo para hacer posible su desarrollo con tecnología mexicana. [2,3] En México existen diversos grupos y centros e institutos de investigación para el desarrollo de fuentes de energía renovable, [4,5] pero se requiere de un mayor apoyo para que este esfuerzo cristalice en verdaderos desarrollos tecnológicos. [3]

Las denominadas celdas de segunda generación, como las CIGS (cobre, indio, galio y selenio) tienen ciertas ventajas que las de Si, como mayor flexibilidad estructural, pero menor eficiencia. Por otro parte, el empleo de materiales orgánicos que contienen átomos de carbono en sus estructuras, así como de orgánico-inorgánicos, como las perovskitas, son una alternativa muy considerada actualmente por diversos grupos de investigación y empresas.

Ejemplo de celdas solares orgánicas son las OPV (Organic Photovoltaics, celdas de tercera generación) con eficiencias de conversión récord de 18 por ciento, mientras que las perovskitas están siendo intensamente estudiadas en celdas de perovskitas (PeSCs) (Perovskite Solar Cells) con un crecimiento acelerado impactante en su eficiencia energética: más de 25 por ciento y, en combinación con Si, más de 29 por ciento. Los retos principales para este tipo de celdas son su escalamiento (fabricado de paneles de área grande), así como tener un mayor tiempo de vida.

En el Centro de Investigaciones en Óptica del Conacyt, a través del Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia (GPOM) y diversos colaboradores, se han desarrollado celdas OPVs cuya eficiencia de conversión energética es de más de 9 por ciento (el GPOM-CIO es líder nacional en esta área); la eficiencia de PeSCs ha sido de cerca del 13 por ciento y se espera que pronto se incremente considerablemente. Con mini-paneles de OPVs ya se han alimentado pequeños LEDs y smartphones. [4]

México requiere desarrollar tecnologías propias, no sólo comprar del extranjero paneles fotovoltaicos (principalmente de Si) para implementar pequeñas y grandes plantas solares con tecnología no nacional. [4,5] Sólo para comprender la importancia y majestuosidad de la energía solar: ¡la energía que recibe la Tierra del Sol en sólo 1.5 horas equivale a la que actualmente los humanos consumimos en un año! Esto nos indica que debemos de aprovecharla y hacer un uso masivo (lo antes posible) de esta fuente alterna renovable y considerablemente más limpia que la de las fuentes fósiles. Si no actuamos inmediatamente, nuevamente, en 30 o 40 años a partir de ahora, seguiremos dependiendo exclusivamente de tecnologías importadas y costosas. [2,3]

Referencias

[1] Energía Renovable

[2] a) Iván Restrepo. «Energías renovables: oportunidad perdida». La Jornada, 18 de mayo de 2020, y b) Iván Restrepo. «Energías ‘limpias’ para bien de la nación». La Jornada, 25 de mayo de 2020.

[3] Ruelas Ávila, Ignacio. «Gasto público en ciencia y tecnología en México, ¿por qué, cómo y para qué?» Nexos, 13 de diciembre de 2019.

[4] Maldonado Rivera, José Luis. “Energía fotovoltaica de tercera generación: impacto social y medioambiental”. Crónica. 31 de agosto de 2019.

[5] Centro Mexicano de Innovación en Energía Solar (Ce-MIESol).

Fuente: México es Ciencia