Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Sol contra la crisis

Sol contra la crisis

Los políticos nos atosigan día tras día repitiéndonos que la responsabilidad de la actual crisis mundial es una consecuencia directa de la crisis energética, con muy altos precios para el petróleo. Por otra parte, si dispusiésemos de más petróleo su uso incrementaría los gases de efecto invernadero y, con ello, el temido y controvertido cambio climático. ¿No hay solución?. Parece que sí y que el Sol, aliado a la Química, acudiendo en ayuda de su planeta Tierra podrá tener la clave de una respuesta relativamente cercana y eficaz.

CIFRAS

En el año 2004 la humanidad consumió una energía total de 11.059 millones de tep (1 tep equivale a 1 tonelada de petróleo), por lo que no es disparatado pensar que actualmente las cifras ronden las 15.000 millones de tep anuales que según los analistas mundiales se habrán duplicado en el año 2025 y casi quintuplicado en el año 2100. Pensemos que 1 tep equivale a la energía obtenida por 1615 toneladas de hulla o a 11.630 kw-h o a cerca de 3 toneladas de CO2 lanzadas a la atmósfera.

No vamos a comentar el problema de la escasez de  los combustibles fósiles, ni de sus efectos invernaderos ni los problemas achacados a la energía nuclear. Por otra parte el uso de energías renovables como el viento o las mareas tiene sus límites. ¿Qué nos queda entonces?. El Sol.

El Sol produce una enorme cantidad de energía: aproximadamente 1,1 x 10 elevado a 20 kw-h cada segundo y la atmósfera terrestre exterior intercepta aproximadamente la mitad de una billonésima parte de esa energía generada por el sol pero debido a la reflexión, dispersión y absorción producida por los gases de la atmósfera, sólo una parte de esta energía, unos 0.7 trillones de kw, alcanzan la superficie de la tierra cada segundo. Esta energía es la que hace funcionar a la Tierra. Calienta la atmósfera, los océanos y los continentes, produce los vientos, genera el ciclo del agua, permite crecer a las plantas y alimentar a los animales, e incluso (en períodos dilatados de tiempo) permite producir los combustibles fósiles, todo lo cual se traduce finalmente en que los seres vivos existamos y en que funcione nuestro sistema de vida y civilización.

Pues bien, la cantidad total consumida para todas esas actividades es sólo 1/7.000 parte de la energía solar que incide sobre la superficie de la tierra cada año. La energía que alcanza a la Tierra durante una hora sobraría para todo el consumo energético de la humanidad durante un año. Estamos, pues, ante un problema técnico-científico pero de profundas implicaciones sociales, industriales y económicas. Si consiguiésemos capturar esa pequeña proporción de energía solar y transformarla en una forma energética útil tendríamos resueltos los grandes problemas actuales de la humanidad. La aproximación más inmediata sería intentar usar la luz solar para realizar artificialmente fotosíntesis (producción de un reductor como el hidrógeno y de un oxidante como el oxígeno), sin necesidad de vegetales o microorganismos fotosintéticos.

FOTOSÍNTESIS
Hace ya más de 200 años que unos químicos ingleses consiguieron romper el agua (lo mismo que hace la fotosíntesis) usando electricidad, dando lugar a oxígeno y a hidrógeno, utilizando diferentes catalizadores para cada proceso. La parte más difícil e insuperable fue y ha seguido siéndolo, el proceso que transcurre en el ánodo, con la producción de oxigeno, ya que el catalizador necesario, a base de platino es muy caro y escaso. 

Desde hace bastantes años este tema es uno de los estrella del prestigioso MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts), donde el profesor de química Daniel G. Nocera dirige un excelente grupo de investigación dedicado a ello.

La semana pasada, este grupo americano, y otro diferente grupo investigador australiano liderado por Bjorn Winther-Jensen, han publicado sendos artículos en la revista SCIENCE que muchos importantes analistas científicos del mundo consideran pueden constituir el inicio de la solución de los problemas energéticos mundiales, logrando obtener de un modo razonablemente sencillo hidrógeno y oxigeno a partir del agua.

Los investigadores australianos han desarrollado un electrodo a base de un polímero conductor cultivado en una membrana Goretex. La elevada superficie de esta membrana porosa permite la reducción de oxígeno a tasas comparables a aquéllas de los carísimos electrodos de platino. Y, a diferencia de éstos, los electrodos orgánicos no reducen su velocidad por la presencia de monóxido de carbono, el cual puede ser un contaminante en algunas aplicaciones.

En cuanto a la última investigación realizada por los americanos Nocera y Kanan, la mayor novedad ha sido la de utilizar materiales inorgánicos asequibles para desarrollar un catalizador que dirige la reacción hacia la oxidación del agua para producir gas oxígeno. En este sistema, los iones de cobalto se reducen sobre un electrodo de óxido de indio-estaño en la presencia de un amortiguador de fosfato de potasio, con la característica de que todos los materiales usados son abundantes y asequibles. Cuando la electricidad (de una célula fotovoltaica, un aerogenerador o cualquier otra fuente) pasa por el electrodo el cobalto y fosfato forman una capa delgada sobre electrodo y se produce el gas oxígeno. Combinado con otros catalizadores se produce el hidrógeno y el sistema puede llegar a duplicar la reacción de ruptura del agua que ocurre durante la fotosíntesis

La investigación se ha realizado en el contexto del Solar Revolution Project, financiado con fondos gubernamentales, de la industria y de una fundación privada (Chesonis Family Foundation).

PERSPECTIVAS
Ernest Moniz director del MIT ha destacado que el descubrimiento demuestra el gran papel de la ciencia básica en el logro de la necesaria sustitución de nuestro actual sistema energético por otro basado en las energías renovables.

Otro hecho a destacar es que, hasta ahora, uno de los mayores problemas del aprovechamiento de la energía solar era el de su almacenamiento, poder guardarla para utilizarla cuando no hay luz solar, ya que los sistemas de almacenado actuales (acumuladores) son poco eficientes y económicamente prohibitivos. Con la nueva metodología, utilizando materiales naturales y no tóxicos, ya hay solución: la energía se puede guardar el tiempo que se desee en forma de oxígeno e hidrógeno, que serán los que nos proporcionen la energía en el momento que la necesitemos a través de las correspondientes células de combustible.

Para un gran experto en fotosíntesis, James Barber, los hallazgos representan un paso de gigante hacia la meta de generar a escala masiva una energía limpia y no contaminante, Y, según declaraciones del profesor Nocera “Esto es sólo el principio y espero que en el plazo de diez años todas las tecnologías de aprovechamiento de la energía solar funcionen de modo que una buena parte de nuestros hogares sean como centrales energéticas autónomas que tengan sus células fotovoltaicas para su uso durante el día y que el exceso de energía lo reconviertan en hidrógeno y oxígeno para obtener la energía nocturna. Los tendidos eléctricos de cables para el suministro eléctrico será una cosa del pasado”. ¿Un sueño?. Deseemos y confiemos en que sea una realidad.