La molécula que aprovecha todo el espectro de luz solar para combustible

Scientists for the first time have developed a single molecule that can absorb sunlight efficiently and also act as a catalyst to transform solar energy into hydrogen, a clean alternative to fuel for things like gas-powered vehicles.This new molecule collects energy from the entire visible spectrum, and can harness more than 50% more solar e...

Los científicos han desarrollado por primera vez una molécula que puede absorber la luz solar de manera eficiente y también actuar como catalizador para transformar la energía solar en hidrógeno, una alternativa limpia al combustible para cosas como los vehículos a gas.

Esta nueva molécula recoge la energía de todo el espectro visible, y puede aprovechar más del 50% de la energía solar que las células solares actuales. El hallazgo podría ayudar a hacer la transición de los combustibles fósiles a fuentes de energía que no contribuyen al cambio climático.

Los investigadores resumieron sus hallazgos en un estudio publicado hoy en Nature Chemistry. El equipo de investigación fue dirigido por Claudia Turro, profesora de química y directora del Centro de Dinámica Química y Biofísica de la Universidad Estatal de Ohio.


Whittemore, T.J., Xue, C., Huang, J. et al. Single-chromophore single-molecule photocatalyst for the production of dihydrogen using low-energy light. Nat. Chem. 12, 180–185 (2020). https://doi.org/10.1038/s41557-019-0397-4. ARTICULO


“La idea es que podemos usar los fotones del sol y transformarlos en hidrógeno. En pocas palabras, estamos ahorrando la energía de la luz solar y almacenándola en enlaces químicos para que pueda ser utilizada más adelante”, dijo Turro. Los fotones son partículas elementales de la luz solar que contienen energía.

Los investigadores demostraron, por primera vez, que es posible recoger la energía de todo el espectro visible de la luz solar -incluyendo el infrarrojo de baja energía, una parte del espectro solar que anteriormente había sido difícil de recoger- y transformarla, rápida y eficientemente, en hidrógeno. El hidrógeno es un combustible limpio, lo que significa que no produce carbono o dióxido de carbono como subproducto de su uso.

Convertir la energía del sol en, digamos, combustible para un coche, primero requiere un mecanismo para recoger la energía. Esa energía entonces tiene que ser convertida en combustible. La conversión requiere algo llamado catalizador, una cosa que acelera una reacción química, permitiendo la conversión de energía solar en energía utilizable como el hidrógeno.

La mayoría de los intentos anteriores de recoger la energía solar y convertirla en hidrógeno se han centrado en las longitudes de onda de mayor energía de la luz solar – rayos ultravioleta, por ejemplo. Los intentos anteriores también se han basado en catalizadores construidos a partir de dos o más moléculas, que intercambian electrones – energía – a medida que producen combustible a partir de la energía solar. Pero la energía se pierde en el intercambio, haciendo que esos sistemas multimoleculares sean menos eficientes. Los pocos intentos que dependían de un catalizador de una sola molécula también eran ineficientes, dijo Turro, en parte porque no recogían energía de todo el espectro visible de la luz solar, y en parte porque los propios catalizadores se degradaban rápidamente.

El equipo de investigación de Turro descubrió cómo hacer un catalizador a partir de una sola molécula – una forma del elemento rodio – lo que significa que se pierde menos energía, dijo. Y descubrieron cómo recoger energía desde el infrarrojo hasta el ultravioleta – todo el espectro visible. El sistema que este equipo de investigación diseñó es casi 25 veces más eficiente con luz cercana al infrarrojo de baja energía que los sistemas anteriores de una sola molécula que operan con fotones ultravioleta, según el estudio.


Fuente: Ohio State University

Una central de energía solar en el espacio.

Nuevo proyecto para obtener energía solar desde el espacio

A finales de la década de los 60 Peter Glaser [científico e ingeniero aeroespacial estadounidense nacido en Checoslovaquia] imaginó una forma de aprovechar la energía solar ilimitada en el espacio y transmitirla para su uso en la Tierra a través de microondas invisibles, una idea tan intrigante que el gobierno gastó 20 millones de dólares en estudiarla, solo para concluir que era todo demasiado complejo y caro.

Glaser, que como consultor de ingeniería privado desarrolló experimentos para la misión Apolo que puso a un hombre en la luna en 1969, escribió para la revista Science en noviembre de 1968 el estudio Power From the Sun: Its Future.

En su estudio, los satélites almacenarían energía solar mientras orbitaban la Tierra de una manera que casi nunca estuvieran en la oscuridad, siempre iluminados por el sol.

De varios kilómetros cuadrados de tamaño, los satélites tendrían conjuntos de paneles solares que capturarían la luz solar sin filtrar por la atmósfera (se aprovecharía así diez veces más radiación solar de la que llega a la Tierra), la convertirían en energía y luego transmitirían de forma inalámbrica a antenas receptoras en la Tierra. Generarían suficiente potencia para igualar la producción de varias centrales nucleares.

China quiere crear su propia central de energía solar... en el espacio

Ahora, la Academia de Tecnología Espacial de China (CAST), quiere convertir esto en realidad: su anunciada estación espacial de energía solar de nivel megavatio y 200 toneladas de peso estará lista para 2035.

Con una inversión de 28,4 millones de dólares estadounidenses, China está construyendo una base de pruebas en Bishan, al suroeste del país, para la investigación de la transmisión inalámbrica de energía de alta potencia y su impacto en el medio ambiente. En febrero de 2019 se conocieron detalles de estas pruebas.

La instalación de prueba ocupará 13,3 hectáreas. También se lanzarían de cuatro a seis globos atados desde la base de pruebas y conectados entre sí para configurar una red a una altitud de alrededor de 1.000 metros. Estos globos recolectarán la luz solar y convertirán la energía solar en microondas antes de transmitirla a la Tierra. Las estaciones receptoras en el suelo convertirán tales microondas en electricidad y la distribuirán a una red. Si las pruebas tienen éxito, los investigadores lanzarán nuevos globos atados a la estratosfera para realizar más pruebas. Si todo va bien, una central de energía solar china se pondrá en órbita a unos 36.000 kilómetros sobre la Tierra y comenzará a generar energía antes de 2040.

Japón es, junto a China, el único país que invierte actualmente fondos estatales en la investigación y desarrollo de la energía solar espacial.

Agua limpia usando Energía solar y eólica

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Gustaf Olsson . Clean Water Using Solar and Wind: Outside the Power Grid. IWA Publishing; 1a. ed. (2019).
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El objetivo de este libro es concienciar a los profesionales del agua sobre las posibilidades que la energía solar fotovoltaica (PV) y el viento ofrecen para llevar, no sólo energía limpia, sino también agua limpia a las zonas rurales y remotas de África y los países en desarrollo de Asia, así como a muchas zonas periurbanas del mundo en desarrollo. Estas áreas están situadas fuera de las redes eléctricas convencionales y una conexión a la red no suele ser económicamente viable.

Los sistemas son adaptables y pueden diseñarse a diferentes tamaños, desde el nivel  hogar hasta los niveles de aldeas y comunidades. Esto también significa que se puede añadir más capacidad cuando la demanda aumenta.

Integración de la energía solar fotovoltaica en edificios

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Moralejo Vázquez, Francisco José (2018) Contribución a la mejora de la integración de la energía solar fotovoltaica en edificios.[Tesis]

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San Francisco, la ciudad más tecnológica de  California, aprobó en 2016 un cambio a la legislación para que los nuevos edificios construidos a partir de 2017 cuenten, de forma obligatoria, con paneles solares. En México, la construcción y operación de estos inmuebles está en pañales pero ya existe un edificio público 100% sustentable.

Scott Wiener, supervisor y miembro de comité urbanístico y de medio ambiente de la ciudad de San Francisco, explicó que la iniciativa exigirá que todos los edificios de 10 pisos o menos construidos desde el 1 de enero de 2017, tendrán que asignar al menos un 15% de tu techo a la instalación de paneles fotovoltaicos o calentadores de agua solares. La iniciativa de ley, presentada por Wiener y aprobada de forma unánime, es una parte del proyecto de la ciudad por adoptar el 100% del uso renovables para el 2025, un plan que arrancó desde el año pasado con la instalación de estaciones gratuitas de recarga para coches eléctricos, y que ahora continúa con esta nueva ley que busca aprovechar las nuevas infraestructuras para generar energía solar.

La aplicación de los sistemas fotovoltaicos a la edificación como sistemas constructivos multifuncionales es una de las formas de aprovechamiento de la energía solar más óptima desde el punto de vista arquitectónico y urbanístico. Los módulos fotovoltaicos específicos para integración arquitectónica en la envolvente edificatoria deben responder a todas las demandas funcionales requeridas y, por tanto, deben cumplir con las especificaciones exigidas por la normativa técnica y legal. Esta información técnica tiene una doble finalidad. Por un lado, permite comparar las cualidades de los diferentes productos y verificar su idoneidad. Por otro lado, cada día se demanda una información técnica más detallada y realista con objeto de ensayar a priori, mediante simulación informática, distintas soluciones constructivas y evaluar sus rendimientos, permitiendo así, la selección de la más óptima desde el punto de vista de la eficiencia energética, por ejemplo. Sin embargo, esta información detallada y realista que se da teniendo en cuenta las particulares condiciones de operación es escasa a día de hoy, así como los medios específicos para obtenerla y las herramientas para utilizarla de forma conjunta y unificada.

En esta tesis se analizan estos productos y las técnicas de caracterización habituales en los ámbitos de la energía solar fotovoltaica y de la edificación, y se lleva a cabo la caracterización de un conjunto representativo de muestras con diferentes tecnologías de célula fotovoltaica. Finalmente, se utilizan los resultados de esta caracterización en un programa de simulación energética de edificios para comprobar su utilidad y aplicabilidad. 

Solar Power to the People : energía sostenible

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Ad van Wijk ; Els van der Roest ; Jos Boere. Solar Power to the People (2017). IOS Press. ISBN: 989-1-61499-832-7 (online).

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Leemos sobre eso todos los días: ¿Cómo podemos crear un suministro de energía sostenible, fiable y asequible? ¿Juega el suministro de agua local un papel en esto? ¿Por qué no conducimos coches de hidrógeno impulsados por el sol y la lluvia? La disponibilidad de energía verde barata está aumentando. Tenemos energía solar y eólica, e incluso energía derivada del calor ambiental. Al mismo tiempo, tenemos necesidades energéticas muy diversas: combustible para automóviles, electricidad, calefacción para edificios, materias primas para procesos industriales, por nombrar sólo algunas. La oferta y la demanda de energía no coinciden, lo que significa que tenemos que combinar los recursos, el almacenamiento y el consumo de forma inteligente.

Solar Power to the People proyecta una visión reflexiva sobre la energía sostenible. Tenemos que llevar el poder del sol a la gente. De eso se trata la energía y el agua sostenibles. Los autores creen que debemos actuar con rapidez. El asunto es urgente.