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En sólo 7 años la eficiencia de las células solares ha pasado del 9,7% a más del 22%

Michael Graetzel, el químico que ha hecho fuertes las renovables

Es imperioso plantearse cambios estructurales en la forma de generar, consumir y reciclar los recursos que demandan las sociedades avanzadas, garantizando el derecho a las mejoras de los más desfavorecidos, pero también cuidando de la sostenibilidad a largo plazo de nuestro pequeño, y por el momento único planeta habitable.

Estas palabras pertenecen a Manuel Doblaré, catedrático del departamento de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Zaragoza, académico de la Real Academia de Ingeniería (RAI) y ex-director científico del CIBER-BBN y de Abengoa Research. Fueron pronunciadas el pasado 26 de abril para recibir a Michael Graetzel como académico de la RAI, y se refieren justamente a él, a Graetzel, un químico cuyo trabajo ha ayudado a multiplicar la eficiencia de las células solares y que es mundialmente reconocido como uno de los científicos más brillantes de las últimas décadas.

El Sol: tan cerca, tan lejos

Cualquier cambio o movimiento requiere energía. Nuestro organismo es capaz de fabricar su propia energía a partir de los nutrientes de una forma increíblemente eficiente. Igualmente, en el mundo vegetal se ha desarrollado un sistema increíblemente perfecto de aprovechar la luz solar para obtener energía.

Obtener energía, transformarla, aprovecharla. Aprender a hacer esto ha permitido el desarrollo de grandes avances técnicos en la humanidad, pero ha sido como matar moscas a cañonazos. Al tiempo que obteníamos energía destruíamos ecosistemas y rompíamos el delicado equilibrio en el que la propia naturaleza basa la subsistencia de todo lo vivo. Nuestros primeros pasos han sido destructivos. Hemos levantado industrias a un elevado coste vital y humano, pero si algo enseña la Historia es que los primeros pasos nunca son los definitivos.

La explotación de los recursos fósiles está necesariamente sentenciada, al igual que todos aquellos sistemas “sucios”, contaminantes y excluyentes, perpetuadores de brechas de desarrollo entre distintos países. Graetzel busca en su trabajo el desarrollo de energías limpias, renovables y baratas, que puedan estar disponibles desde cualquier parte, y accesible incluso para los países más pobres.

Inspirándose en los procesos de fotosíntesis, las investigaciones de Graetzel han buscado hacer del Sol el principal suministrador de la energía que se consume en todo el planeta. Según calculan los investigadores, la energía solar que llega a la Tierra en sólo dos horas sería suficiente para cubrir las demandas energéticas de todo el planeta durante un año, el único problema es que no sabemos todavía cómo aprovechar bien todo ese caudal.

A finales de los años 80 Graetzel ya desarrolló foto-sistemas basados en nanopartículas de colorante orgánico con los que ya se podía hacer una recolección eficiente de la luz solar y convertirla en electricidad. En 1991, con la publicación en Nature, junto con Brian O’Reagan, del artículo “A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films”, abrió aún más el campo de desarrollo de la energía solar. En ese trabajo hablaba de un nuevo tipo de célula solar fotovoltaica basada en semiconductores fotosensibles que absorben la luz solar, generando electrones que son recogidos por una nanoestructura de dióxido de titanio mesoporoso que le sirve de andamio. Un artículo que ha sido citado más de 25.000 veces según Google Scholar, y que ha dado origen a las DSSC, células solares sensibilizadas al tinte, más conocidas en todo el mundo como “células de Graetzel”.

¿Por qué fueron, y son, tan importantes las células de Graetzel? Frente a las tradicionales células de silicio policristalino que alcanzan hasta el 17%, tienen entre el 13% y el 15% de eficiencia (algo menor, pero con grandes posibilidades de aumentar), son de bajo coste, de color arbitrario, los materiales que se necesitan para su fabricación son abundantes y sólo requieren una pequeña cantidad, además de ser sencillas de producir. Son también muy flexibles, ligeras y se comportan bien con luz difusa. Inicialmente eran semitransparentes, pero en la actualidad se han logrado crear películas totalmente transparente, gracias a lo cual se pueden usar en interiores como por ejemplo en los cristales de las ventanas o para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

Aunque en 2009, cuando comenzaron a comercializarse estas células el rendimiento aún era pobre y resultaban poco estables, actualmente ya hay compañías que las comercializan por todo el mundo a escalas de megavatios por año. Desde la publicación del artículo de Graetzel y O’Reagan, diversos grupos de investigación en todo el mundo, algunos de ellos liderados por el propio Graetzel, comenzaron a trabajar para mejorar la estabilidad y eficiencia de la célula, buscando la forma de reemplazar el electrolito líquido original por un semiconductor orgánico sólido: la perovskita.

No fue hasta 2009 cuando se identificaron las enormes posibilidades de este compuesto. En la teoría, el potencial de eficiencia de la perovskita era más que significativo, y poco a poco los distintos laboratorios lograron aumentar la eficiencia de las células solares como nunca. En sólo siete años pasaron de 9,7% a más del 22%, equiparando así las placas de silicio policritalino más eficientes del mercado.

Aún quedan algunos problemas por resolver como la degradación de la célula y la fabricación a gran escala, pero las líneas trazadas por Graetzel ya apuntan en la dirección de un cambio profundo en la forma en la que se consume no sólo energía solar, sino la energía en general. Ventajas como su mayor resistencia a las variaciones de temperatura, su buen funcionamiento frente a radiaciones bajas, la posibilidad de fabricar sobre sustratos flexibles y la abundancia y bajo coste de sus materiales, la convierten en la mejor carta que tenemos en este momento. Y una carta bastante buena, por cierto.

Otro de los campos en los que Graetzel está trabajando en estos momentos es en la producción de hidrógeno por fotólisis directa del agua y el almacenamiento de electricidad en baterías de ión-Li de alta potencia. Pero también en encontrar nuevas propuestas sobre la fotosíntesis artificial para capturar CO2 y la producción de H2 y carbohidratos.

Un ingeniero sin ingeniería

Michael Graetzel no es ingeniero, pero su trabajo es la esencia misma de la ingeniería. Nacido en Dorfchemitz, Alemania, en 1944, se graduó en Química en 1968 en la Universidad Libre de Berlín. En 1971 se doctoró en Ciencias Naturales por la Universidad Técnica de Berlín. En 1977 pasa como profesor asociado a la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza), y el 1981 se convierte en catedrático titular de Química Física, funda el laboratorio de Fotónica e Interfaces y se convierte poco a poco en uno de los profesores visitantes y científicos invitados más importantes en las universidades e instituciones más prestigiosas del mundo.

Citando de nuevo al profesor Doblaré: “Si un científico es alguien que descubre los mecanismos intrínsecos de la naturaleza, Michael Graetzel es uno de los más grandes, seleccionado por Scientific American como uno de los 50 mejores investigadores del mundo. Si un ingeniero utiliza tales mecanismos para diseñar nuevos productos y procesos que mejoran nuestra calidad de vida y la sostenibilidad del planeta, el profesor Graetzel ha demostrado sobradamente ser uno de los mejores“.

Los desafíos de la humanidad son cada vez mayores, hasta el punto de que ya no tenemos que hablar sólo de explotación de recursos, contaminación, cambio climático, hambre o epidemias. El desafío se extiende (y origina) en la propia esencia del ser humano, en sus principios, convicciones, compromisos y ética fundamental. Sin eso, todo lo demás no es más que la consecuencia inevitable de la ausencia de sentido humano en nuestras acciones.

En ese catastrófico punto de no retorno al que muchos científicos opinan que nos acercamos, las vías que la ciencia sea capaz de abrir podrán reconducir a las sociedades a un futuro menos negro para las generaciones venideras. Un futuro para el que Graetzel ya ha escrito las líneas fundamentales del prólogo.

Fuente principal: Laudatio de Manuel Doblaré por el ingreso de Michael Graetzel en la Real Academia de Ingeniería 

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