Perovskita: ¿el próximo material base de la energía renovable?

El año pasado en China y Estados Unidos se instalaron 7,5 gigawatts (GW) de energía solar. Eso fue todo un récord. Este año se podría llegar a alcanzar los 66 GW.

En China solamente ya se instalaron 43 GW, más que en ningún otro país; India aspira a alcanzar los 100 GW para el 2017. A lo largo y ancho del Oriente Medio, zona con una insolación extrema, la inversión pasó de ser de 160 millones de dólares, a 3,5 millardos. Todos apuntan a la generación solar. ¿Por qué se están construyendo más plantas solares? Simplemente porque cada vez son más económicas. Desde el 2009 a hoy, el precio ha disminuido un 70%, llegando a ser competitivo frente a las fósiles.

¿Qué tan económica puede llegar a ser la energía solar? No se sabe aún, pero todo indica que los precios seguirán bajando, y no solo por el aumento de la demanda.

Llega la competencia

Existen varias maneras de producir electricidad a partir del sol, pero el mercado de la energía solar está dominado por la célula fotovoltaica y en particular, por las de cristal de silicio. Hasta ahora otras opciones han sido sustancialmente menos eficientes o ridículamente caras. Parece que esto está por cambiar, y con ellos cambiaría todo el futuro de la generación de energía solar fotovoltaica.

Hace varios años se está trabajando con un material llamado perovskita, el cual fue capaz de romper la marca del 20% de eficiencia (que vienen teniendo las células fotovoltaicas a base de silicio tradicionales (las que se utilizan en satélites de comunicación son más eficientes, pero extremadamente costosas). La eficiencia marca cuánto de la energía solar que recibe la transforma en electricidad. Más es mejor. El hallazgo ha sido de tal magnitud, que ya se habla de la perovskita como el material que revolucionará el futuro de la energía solar y la generación de electricidad en general.

Para aquellos nuevos en el tema, la perovskita es una clase de material cristalino. Su estructura está basada en el mineral con el mismo nombre que se produce naturalmente, pero el cual también puede ser sintetizado de manera simple y económica. Estos atributos son atractivos para sustituir al silicio, el cual es costoso y requiere de un proceso productivo complicado e intensivo energéticamente. La perovskita no necesita de altas temperaturas en su proceso productivo, y esto implica un gran ahorro a la hora de producir el material. Existen otros materiales tampoco necesitan de altas temperaturas, pero su eficiencia no es suficiente para que sea rentable comercializarlas.

Hace tan solo siete años, la perovskita tenía una eficiencia del 3,8%. Faltaba mucho camino por recorrer para alcanzar al silicio, pero el camino se recorrió más rápido de lo esperado. Cuatro años atrás, el profesor Henry Snaith de la Universidad de Oxford anunció que pudo crear celdas capaces de alcanzar el 10%. A principios de este año, Snaith alcanzó un nuevo récord combinando la célula de perovskita con la tradicional de silicio la cual es capaz de capturar el 25,2% de le energía del sol, superando ampliamente a las células de silicio que se comercializan actualmente.

No satisfecho con estos valores dependientes del silicio, combinó dos capas de perovskita y alcanzó el 20,3%. Es menos eficiente que la combinación silicio-perovskita, pero se aproxima mucho a la eficiencia de las células de silicio, y es mucho más económica de producir de manera masiva. Parecería ser que el silicio tiene sus días contados.

Por supuesto, Snaith no es el único investigando este material. La investigación es tan interesante, que son varias las universidades que se han propuesto encontrar la combinación perfecta para lograr la mayor rentabilidad y eficiencia. Tal es el caso de la universidad de California, Berkeley (UC Berkeley), y el Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) quienes hace muy poco lograron una combinación que alcanzaría la de Snaith, y además tendría la particularidad de poder colocarse sobre materiales flexibles. De esta manera, esa fantasía popular de la manta solar que se enrolla y desenrolla a conveniencia del usuario, no sería algo tan lejano como se creía originalmente. Incluso puede ser rociado sobre cualquier material. Tan solo imaginen cómo se reducirían los costos de transporte e instalación si esto llegara a funcionar.

El desafío

El desafío de la industria solar es lograr extraer la energía de la mayor cantidad de longitudes de onda posibles. Snaith sintetizó un tipo de perovskita que captura la onda azul eficientemente y deja pasar la onda roja. Imprimió este tipo de perovskita sobre un vidrio y la combinó con otra capaz de capturar la roja. A pesar que hace tiempo que existen perovskitas capaces de capturar la onda azul, Snaith necesitó de su co-autor Dr. Giles Eperon de la Universidad de Washington para desarrollar la que es capaz de capturar el fin del espectro rojo. Utilizando una combinación de estaño, plomo, cesio, iodo, y materiales orgánicos, Eperon tuvo éxito, incluso captura la luz infrarroja casi visible.

Pero varios obstáculos se interponen aun entre las perovskita y su uso en tu techo para darte energía, como quiere Elon Musk. Para empezar, la perovskita tiende a perder performance cuando se expone a la humedad. Para evitarlo, se necesita del plomo, y eso abre la discusión a problemas ambientales y de salud. Hay varios investigadores tratando de hacer perovskita estable libre de plomo, pero aún no lo han logrado. De todos modos, esto no parece ser un impedimento para todos, y ya se está hablando de comercializar en poco tiempo celdas solares de perovskita con plomo.

Recuperar la inversión

Una de las ventajas principales de los paneles de perovskita es que la recuperación de la inversión es más rápida. Al hacer un análisis de ciclo de vida de la cuna a la tumba de ambos tipos de paneles, teniendo en cuenta la extracción de la materia prima, los impactos ambientales de su fabricación, la energía utilizada para su producción y la vida útil, los de perovskita salen ganando la pulseada.

La población sigue creciendo, y con ella también aumenta la demanda de energía. Los recursos fósiles, si bien seguirán disponibles por un tiempo, son finitos y cada vez más costosos de extraer, por lo cual es necesario desarrollar el potencial renovable de manera urgente. Ahora bien, ¿qué tan rápido podremos adecuar la tecnología a las necesidades de mercado? Parece que la respuesta no va a tardar en llegar y seremos testigos de una nueva revolución energética, de la mano de la tecnología, la innovación y la ciencia.

Rodrigo Herrera Vegas es co-fundador de Sustentator.com