¿Qué son más eficientes: las plantas o las placas fotovoltaicas?

eficiencia_FVPor: Clemente Álvarez

Oblea de célula solar de alta eficiencia de Solar Junction ¿Qué es más eficiente para captar la energía del sol: la fotosíntesis natural o las placas fotovoltaicas? Este inusual ejercicio teórico fue planteado de forma reciente por un grupo de reconocidos científicos en un artículo de la revista Science.

El trabajo considera que la energía que llega en forma de radiación solar a la Tierra es de unos 120.000 teravatios (TW)(1), mucha más de la que necesita la humanidad.

Sin embargo, esta energía llega de forma muy dispersa: los investigadores estiman que de media anual inciden sobre el planeta unos 170 vatios por metro cuadrado (esto cambia mucho según la situación geográfica). El desafío es conseguir captar esta energía de forma eficiente. En la naturaleza, organismos como las plantas son capaces de captar una parte por medio de la fotosíntesis, pero el ingenio humano ha ideado también su propio sistema con células fotovoltaicas.

En realidad, la comparación entre fotosíntesis y fotovoltaica no deja de ser bastante forzada, pues se trata de dos procesos muy diferentes. El artículo publicado en Science (que es el resultado del trabajo de un equipo de expertos de distintas disciplinas reunido en un encuentro científico en 2009) se centra exclusivamente en la eficiencia de estos dos métodos para captar la energía del sol. Aún así, una célula fotovoltaica transforma parte de esa luz solar en electrones (electricidad), mientras que la fotosíntesis hace que quede almacenada en compuestos orgánicos.

El que se pueda acumular la energía tiene un valor añadido. Así pues, para que la comparación en eficiencia sea más justa, los científicos basan sus cálculos de la fotovoltaica en un sistema en el que la electricidad obtenida con los paneles solares es utilizada a su vez para producir hidrógeno a partir de la electrólisis del agua. Esto iguala más las cosas, pues la energía de las células solares se almacena así también en forma de hidrógeno.

“Tengo una diapositiva con la imagen de un campo de maíz y de una gran fotovoltaica, cuando doy una charla, a menudo pregunto a la audiencia qué es más eficiente”, comenta Robert Blankenship, investigador de la Universidad Washington en San Luis y uno de los autores del estudio. “El público vota abrumadoramente en favor de la fotosíntesis”. Sin embargo, se equivoca.

El trabajo asegura que la eficiencia de una célula fotovoltaica de silicio como las que hay hoy en el mercado es de cerca de un 18%; es decir, que transforma en energía eléctrica un 18% de la luz solar que incide en los paneles. Ahora bien, si se tiene en cuenta la electrólisis del agua para producir hidrógeno, entonces los investigadores calculan una media anual de eficiencia del 10%. Por su parte, la eficiencia de conversión de energía de las plantas de cultivo no supera el 1%, habiéndose registrado porcentajes del 3% en el caso de microalgas cultivadas en bioreactores.

En eficiencia, ganan las placas solares. Aunque está claro que las plantas y demás organismos fotosintéticos tienen otras muchas ventajas. Los paneles solares no van a reproducirse solos, por ejemplo, como pueden hacer estos seres vivos.

¿De qué sirve comparar la fotosíntesis y la fotovoltaica? Lo que plantean los investigadores en este trabajo es que la fotosíntesis puede mejorar mucho su eficiencia y una forma sería imitando las placas solares. Las células fotovoltaicas son capaces de absorber fotones en un rango entre el infrarrojo al ultravioleta, mientras que las plantas, algas y cianobacterias que realizan la fotosíntesis captan solo unas longitudes de onda entre 400 y 700 nanómetos, lo que representa sólo un 50% de la luz solar que les llega. Resulta controvertido, pero el estudio sugiere utilizar la ingeniería genética y la biología de sistemas para conseguir organismos fotosintéticos más eficientes.

“Todo esto es un simple ejercicio teórico, pues técnicamente esto presenta unas complejidades inmensas”, asegura precavido Miguel García, catedrático del Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis del CSIC (IBVF). “Las cianobacterias llevan casi 3.000 millones de años en el planeta, pero no han ido evolucionando para aumentar su eficiencia fotosintética, sino para sobrevivir y perpetuarse”, comenta este experto, que explica que el interés de este tipo de estudios viene por los biocombustibles. “Hasta ahora, las plantas se han visto como fuente de alimentos, e incluso se han seleccionado para eso, para que acumulen más proteínas o más carbohidratos en los granos, pero este enfoque cambia con las plantaciones agroenergéticas”.

¿Hasta qué punto se puede mejorar el rendimiento de los paneles fotovoltaicos? El artículo de Science se centra en las posibilidades de mejora de la fotosíntesis, pero la eficiencia de los paneles solares no deja de aumentar. Uno de los mayores especialistas en este campo es el español Antonio Luque, catedrático de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), cuyos colaboradores obtuvieron el récord mundial de eficiencia de células de dos uniones (32, 6%) y que lideró un un proyecto europeo que logró el récord mundial de tres uniones (41%).

Como explica este investigador, la mayor marca actual para una célula multiunión lo tiene la empresa estadounidense Solar Junction: 43, 5%. “Las células solares sólo pueden convertir con muy alta eficiencia determinados fotones”, detalla el catedrático, “lo que ocurre con las células multiunión es que hay un apilamiento interno de varias células solares -si se dice tres uniones es que hay tres células solares- y cada una aprovecha unos fotones muy bien, aumentado de forma considerable el rendimiento”.

¿Dónde está el límite? “El límite físico de una célula multiunión en el mejor de los casos sería el 86%”, responde Luque, que va a coordinar ahora la parte europea de un proyecto internacional con Japón para conseguir el 45% en célula solar de concentración y una hoja de ruta hacia el 50%. “No tengo la más mínima duda de que el fotovoltaico va a ser uno de los componentes más importantes de la electricidad para mediados de este siglo o probablemente antes”, recalca el investigador. “La biomasa tiene demasiado poco rendimiento para ser una verdadera solución masiva. Ocuparía demasiado terreno en competencia con la agricultura, lo que es inaceptable porque ya usamos el 13% de las tierras para alimentos”.
(1) 1 teravatio = 1012 vatios
Fuente: EcoLaboratorioAmbiental (El País)

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