Dentro de siete años, todas las instituciones públicas de Canarias tendrán que abastecerse al 100% mediante energías renovables y el 37% del consumo general en las islas deberá basarse en esas fuentes sostenibles, hasta alcanzar un 92% en 2040. Estas fechas no son una manifestación de buena voluntad, sino una obligación legal recogida en la recientemente aprobada Ley de Cambio Climático y Transición Energética de nuestra comunidad autónoma.
Esos plazos tan cercanos podrían parecer una entelequia, pero van en sintonía con otras normativas, como la ley estatal publicada en mayo de 2021, donde se marcan para 2030 unos objetivos similares, en este caso un 42% de penetración de energías de origen renovable en el consumo de energía final, mientras que la Unión Europea, dentro de su programa Objetivo 55 -que busca reducir las emisiones de efecto invernadero en, al menos, un 55%- propone revisar la Directiva sobre Fuentes de Energía Renovables, pasando del objetivo de un mínimo del 32% de generación al 40%.
Sin duda, 2030 es el año de la transición energética, y se nota en el ambiente que, poco a poco, las energías renovables son cada vez más cotidianas: los paneles solares afloran por doquier en las cubiertas de los edificios, aumenta el número de plazas de aparcamiento para automóviles eléctricos y los molinos eólicos parecen haber sustituido al toro emblemático de cierta marca de brandy en las llanuras españolas.
Pero llegar a esos plazos va a suponer un reto tecnológico, porque supone cambiar la tecnología actual, basada en combustibles fósiles, por otras con limitaciones de uso ya que, en ausencia de sol o de viento, no producen energía, lo cual obliga a mejorar también las tecnologías de almacenamiento para cubrir esos momentos. Pero también supone desafíos en el orden legislativo y administrativo.
El profesor titular Benjamín González Díaz, adscrito al Departamento de Ingeniería Industrial de la Universidad de La Laguna, se ha especializado en energías renovables prácticamente desde que terminó su licenciatura en Física, y se ha focalizado en la energía solar fotovoltaica, sobre la que realizó su tesis doctoral y no ha parado de investigar desde entonces.
Aunque su interés por esta materia venía de antes de entrar en la carrera de Física, durante sus primeros años de universidad este se difuminó, hasta que se cruzó con profesores cuya investigación estaba centrada en las renovables, como fue el caso de Ricardo Guerrero Lemus. “Empecé a ver cómo la parte de la física de materiales, la de electricidad -que es lo que luego me ha derivado a la ingeniería eléctrica- y las renovables se empezaban a tocar entre sí. Eso fue lo que me animó a intentar hacer una tesis doctoral”.
Una energía en crecimiento
Aunque las energías renovables nos suenan a algo muy actual, en el caso de la solar fotovoltaica hablamos de que sus primeras aplicaciones se remontan a los años 60 del siglo pasado, coincidiendo con la aparición de las estructuras formadas por semiconductores. Ya existían pequeñas placas que generaban electricidad, pero en aquellos primeros momentos estaban dedicadas casi exclusivamente a aplicaciones espaciales. El primer punto de inflexión en su popularización vino con la crisis del petróleo de 1973, que supuso una alerta para todo el sistema productivo sobre la necesidad de contar con fuentes alternativas a los derivados del crudo.
La evolución de esta tecnología ha pasado por conseguir una mayor pureza en el material semiconductor, normalmente el silicio, un material que hay que depurar y nunca se logrará el 100% de pureza. También se comenzaron a fabricar diodos capaces de absorber luz, y un poco después, incluir materiales anti reflejantes similares a los empleados en las gafas poder absorber mayor cantidad de luz.
González explica que una de las mayores dificultades de esta tecnología es que cuando una placa es optimizada para la captación solar, disminuye la capacidad de extracción de la electricidad dentro de la célula fotovoltaica. “Siempre es un compromiso entre ambas. Cuanta más área de posea una célula fotovoltaica, más energía puede producir. Pero es necesario colocar una mayor cantidad de conductores metálicos para extraer esa energía. Cuantos más contactos metálicos sean colocados, menos perdidas hay, pero también menos superficie para producir. Yo lo defino como una manta, que si tiras de un lado, descubres el otro”.
A partir de los 2000, hubo un boom de esta tecnología, especialmente en la costa este de Estados Unidos de América: se logró una mayor purificación del silicio y mejoras en los materiales que encapsulan y forman el panel fotovoltaico. Avanzó la eficiencia de las placas no solo por el uso de materiales más puros, sino por el uso de técnicas que ya existían, pero que eran novedosas dentro de esa industria fotovoltaica, como el llamado backsourface field, una serie de tratamientos a la parte trasera de la placa para que los enlaces no se vean modificados y puedan crearse pequeños campos eléctricos.
Otra técnica aplicada es el dopaje con nuevos materiales a la parte frontal para obtener un diodo que sea más negativo y, sobre todo, las llamadas placas tipo HIT, surgida a partir de la liberalización de una patente comercial que aplicaba un principio conocido en física como túnel cuántico. “Consiste en colocar entre una capa y otra algo que aísle y, por ese efecto túnel, aumenta la diferencia de tensión, con lo cual se obtiene una mayor cantidad de energía. Pero los electrones atraviesan algo que no deberían atravesar, de ahí el efecto cuántico. Eso ha hecho que la eficiencia de las células comerciales haya estado in crescendo durante los últimos años.
Sin embargo, la eficiencia máxima de las placas fotovoltaicas no es ilimitada y, de hecho, en 1961, fue calculada por Shockley y Queisser e indicaba que, para una célula de unión sencilla, es decir, de un diodo, el máximo de capacidad de absorción de luz solar era del 33%, y del 31% el el caso de que el semiconductor utilizado sea silicio. “Ya estamos con células comerciales de casi el 27%, es decir, al límite que puede dar este tipo de componentes. Es decir, que transforman en electricidad el 27% de toda la energía que llega”, y en ese punto explica que las células fotovoltaicas basadas en silicio no absorben la radiación del infrarrojo medio ni lejano.
Nuevos materiales
La investigación está explorando otro tipo de materiales que permiten, precisamente, seleccionar la parte del espectro solar que puede utilizar una célula estándar, como es el caso de los semiconductores. El propio Benjamín González, en colaboración con el investigador del Departamento de Física Jorge Méndez, ha explorado la posible utilidad de una de las denominadas “tierras raras” para mejorar la eficiencia, incorporando erbio a la célula fotovoltaica.
“Fui a un congreso y se me quedó la idea rondando. Méndez también había ido y, cuando regresamos, decidimos probarlo y, efectivamente, vimos que se conseguía una absorción de parte de la radiación infrarroja y la introduce dentro de las células”. Posteriormente, una tesis doctoral codirigida por González, y realizada por Bruno Díaz, demostró que, efectivamente, la adición de erbio funcionaba, pero tenía unas limitaciones porque era un mecanismo que entraba en competencia con otros procesos de la célula fotovoltaica.
Para solventar esos problemas de competencia dentro de la célula, González explica que se ha estado trabajando conjuntamente con el equipo de los doctores Ricardo Guerrero y Joaquín Sanchíz en sacar esa capa enriquecida de la estructura semiconductora a la capa que la envuelve.
“Cuando montamos un panel fotovoltaico, tenemos una lámina trasera que da estabilidad y resiste la humedad. Luego hay una capa de derivados de teflón que evita una descarga parcial de voltaje. También hay una capa de vidrio y, cuando están todas juntas, se introducen en un mecanismo que les extrae el aire y gelifica las piezas, de tal manera que no se va a discernir la existencia de la capa que unifica todo, que es de etilvinilacetato (EVA) y en la cual hemos introducido esos iones de erbio. De ese modo hemos encontrado una mejora de rendimiento en las células al modificar el espectro incidente y no el que está siendo absorbido ya por la célula, evitando ese proceso competitivo”.
Carrera evolutiva
Al poco de iniciar la conversación con Benjamín González, es fácil darse cuenta de que no habla sólo de física, que teóricamente es su formación, sino de mecánica e incluso legislación y economía. Y es que, si en general la ciencia obliga a tocar varias materias a lo largo de una carrera investigadora y tiende a formar equipos multidisciplinares, en el caso de la investigación en energía renovables parece ser una situación especialmente acusada.
“Uno sabe dónde empieza pero no dónde acaba”, reflexiona González, que recuerda sus inicios como investigador durante una estancia en el Instituto Franhoufer (Alemania), en la cual pudo comprobar que una solución técnica que funcionaba bien a escala de laboratorio, no funcionaba al probarlo en células reales. “Eso me obligó a readaptar varias cosas y a comenzar a considerar el problema de la integración. Es decir, cómo introducir la energía generada en las redes eléctricas. Hablo del periodos 2003-2007, cuando aún no se hablaba de estas cosas: las renovables las llevaban un grupo de personas con un sentimiento ‘verde’ y la creencia en la ‘transición energética’, pero ni siquiera ese concepto existía todavía dentro del argot”.
Aunque se ha especializado en solar fotovoltaica, también cursó un máster sobre energía eólica. Pero lo que más valora en su crecimiento científico es la relación establecida con otros investigadores. “En ciencia es que no hay nada hecho, tienes que readaptarte, atener que leer, a formarte, a tener que cambiar la perspectiva de cómo abordar un problema. Y eso me ha llevado a colaborar con otras personas dentro de la propia Universidad de La Laguna, como Ricardo Guerrero; Jorge Méndez; con Óscar García, en la parte de electrificación de los sistemas; con Ernesto Pereda; con José Francisco Gómez, en la parte de instalaciones fotovoltaicas y eléctricas; ahora con Norena Martín Dorta y Eduardo González, para la integración de la energía solar fotovoltaica en sistemas arquitectónicos; con economistas de la energía como Francisco Ramos; y seguro que me dejo a más personas. Estas relaciones ayudan a tener una visión holística del sistema”.
La relación se amplía no solo a investigadores, sino a empresas e instituciones. Por ejemplo, en estos momentos está trabajando en proyectos de diferente índole gracias a convenios formados con Endesa, el Consejo Insular de Aguas y el Gobierno de Canarias. El primero de ellos, estudia la viabilidad de sustituir parcialmente invernaderos “hasta donde la norma lo permita” para colocar estructuras que generen fotovoltaica sin dañar el cultivo ni perder su producción ni rentabilidad”. El segundo analiza la viabilidad de que una de sus plantas de Extracción y Depuración de Aguas Residuales funcionara con placas fotovoltaicas, ya que es un sistema que consume mucha energía. , que pudiera ser alimentado con fotovoltaica.
En cuanto al proyecto con el Gobierno de Canarias, se trata de un estudio muy ambicioso que durará hasta 2024 y se basa en ortofotos provistas por los servicios de información geográfica (GIS) de todas las cubiertas, tejados y azoteas de Canarias, para analizar en cada vivienda cómo se comportaría una instalación fotovoltaica, cuáles serían sus perfiles de sombras, sus rendimientos y funcionamiento. “No estamos viendo el potencial fotovoltaico, sino la producción. Con eso, el gobierno podrá plantear en el futuro qué criterios utiliza para dar subvenciones: si favorecer a los inmuebles que generan menos energía, porque les va a costar más rentabilizar la inversión, o a los que generan más. Eso ya es cosa de ellos”.
El reto de la transición energética
“Yo he pasado de ser alguien que fabrica cosas a preocuparme hacia dónde vamos en la transición energética”. Así resume González la evolución de su investigación los últimos años, en los cuales, si bien, como se ha visto, no ha dejado de desarrollar proyectos relacionados con la energía, también ha abordado en algunas publicaciones un asunto capital en este proceso: ¿cómo gestionarlo? Porque no es tan sencillo como parece.
“Por ponerte un ejemplo, hace poco leí una noticia que explicaba que Suiza va a limitar la venta de coches eléctricos porque no tiene energía suficiente para abastecerlos”. La incorporación del coche eléctrico al parque móvil se ha convertido en un símbolo del cambio social hacia un modo de vida más “verde”, pero supone un gran reto. “Hay artículos que indican que la intensidad de CO2 se reduce dentro del sistema, pero necesitaríamos aumentar la cantidad de renovables para introducir esa energía dentro de los coches, y a día de hoy tenemos el parque de generación que tenemos, con las emisiones que tenemos, es un reto muy grande.”
La transición energética requiere mucha planificación e ir avanzando paso a paso, teniendo en cuenta que las decisiones adoptadas son a largo plazo. “Hay que tener los pies en el suelo y una planificación. Algo que me preocupa es que, sea cual sea la decisión que se tome, no será inmediata. Si, por ejemplo, decidimos montar un sistema tipo Chira-Soria en Güímar, estamos hablando de una obra de diez o doce años. Si se acuerda tener una regasificadora, en menos de diez años es complicado que vaya a estar operativa, y una flotante, tardaría entre cinco y siete años en estar aquí. Por eso, desde el punto de vista institucional, hay ciertas reticencias, porque si te equivocas, has perdido muchísimo dinero y años, por lo cual te puedes quedar atrás dentro de un sistema”.
Esta cautela es generalizada en toda Europa: González es el coordinador del grupo de trabajo sobre Transición Energética dentro de la alianza STARS EU en la que participa la Universidad de La Laguna junto con otras ocho universidades europeas, y comenta que aprecia entre sus colegas el mismo estupor. “Lo que pasa aquí está pasado en Europa. Se está viendo el problema y todo el mundo está analizando posibles soluciones. Países como Eslovaquia ya han dicho que ellos no tienen recursos renovables, que por mucha eólica o fotovoltaica que instalen, no llegan. Y por ello afirman que van a necesitar nuclear sí o sí. En nuestro caso, desde el punto de vista técnico, debemos apostar por sistemas de acumulación”.
Para explicarlo, pone el ejemplo de la propia Universidad de La Laguna que, en los últimos años, a través de las acciones acometidas desde el Vicerrectorado de Infraestructuras y Sostenibilidad, está instalando placas fotovoltaicas en los edificios de la institución. “Las del Edificio Central, de 100 kilovatios, van a ahorrar una gran parte del consumo que tengan en ese inmueble, pero a las 18:30 ya oscurece en La Laguna y hay que encender la luz, los ordenadores, incluso las cafeterías están abiertas. Y para esos consumos vamos a necesitar sistemas de acumulación, como baterías”.
Otro asunto que puede ralentizar el proceso de transición es la legislación y la burocracia. Por ejemplo, el proceso de legalización del uso de azoteas para instalación de energía fotovoltaica se dilata mucho en el tiempo “no porque se haga mal, sino porque el personal administrativo que hay es limitado y no puede abordar la gran demanda”. Si bien la normativa se ha refinado y los requisitos se han simplificado en los últimos años, sigue requiriendo mucho tiempo. “Para una vivienda en la que han invertido dinero y tiene derecho a una subvención del 40 o 60%, tener que esperar hasta dos años puede comprometer la decisión de hacer esa transición hacia la fotovoltaica”.
En todo caso, el investigador ha detectado más receptividad hacia todos los proyectos encaminados al lograr esta transición energética tanto desde lo público como de lo privado, lo cual beneficia la necesaria transferencia de conocimientos desde la universidad hacia el tejido. “En los últimos años se nota más interés por las instituciones y las empresas. Y creo que se debe a que, desde la universidad, estamos ‘exportando’ a gente buena que está llegando a las empresas y está cambiando la mentalidad. Llegan con una buena base de formación, unos conocimientos y unas sinergias que están favoreciendo ese cambio”.
Por ello, Benjamín González concluye apelando a las ventajas que tiene la colaboración más estrecha entre la academia y el sector productivo en esta materia, un factor que estima que debería avanzar: “Hay empresas que nos contactan para pedirnos nuestra opinión porque desde la universidad podemos darles visiones holísticas porque trabajamos con equipos multidisciplinares. Eso es un valor añadido que tiene la universidad frente a las empresas y que estamos promocionando, pero que puede ser clave en los próximos años para posicionar a las universidades en un buen lugar”.
Gabinete de Comunicación
