Presentación de las Conferencias del Año Internacional de la Quimica

El día 28 de febrero asistí al acto de presentación del Ciclo de Conferencias con el que se pretende dar a conocer que el año 2011 es el Año Internacional de la Química.

Están organizadas por la Real Academia de Ciencias de Zaragoza y la Facultad de Ciencias, entre otras muchas organizaciones.

Tras la presentación, la primera de las conferencias ha sido realizada por el Dr. Miguel Ángel Alario.

"Materiales para la energía"

El objetivo de esta serie de conferencias es presentar la ciencia, no solo como ciencia, sino como parte que es de nuestra cultura, es decir, ¿cultura científica? o simplemente, cultura.

Si nos centramos únicamente en los "materiales para la energía" se han nombrado dos tipos:

Los materiales capaces de producir energía eléctrica a partir de la luz, es decir, los semiconductores fotovoltaicos.

La producción de energía eléctrica a partir del sol se logra usando materiales basados en el silicio, dopados con diferentes elementos. Estos materiales, a pesar de ser aislantes en un primer momento, su banda prohibida es lo suficientemente estrecha como para que los fotones de luz incidentes sobre el material puedan hacer saltar a los electrones de valencia a la banda de conducción.

No voy a explicar en detalle como al unir dos tipos de semiconductores, uno  de tipo P y otro de tipo N, se consigue que estos electrones que han saltado a la banda de valencia, se desplacen en una dirección, logrando de esta forma una corriente eléctrica. Simplemente saber que si se sustituye el silicio por boro, con un electrón menos en la capa de valencia, obtendremos un material con un déficit de electrones de conducción (Tipo P). Y si sustituimos átomos de silicio por fósforo, que tiene un electrón más, obtendremos un superavit de electrones (Tipo N). Juntando capas de estos dos materiales, lograremos que los electrones fluyan de donde hay más hacia donde hay menos.

El principal problema para aprovechar de esta forma la gran cantidad de fotones cargados de energía que nos llegan del sol, es la baja eficiencia que tienen estos materiales, es decir, que la mayor parte de los fotones que inciden no excitan a los electrones, sino que simplemente calientan el material. Además, estas celdas necesitan un espesor de silicio bastante importante para que se exciten los suficientes electrones como para que haya una corriente apreciable.

Resultan mucho más interesantes las celdas fotovoltaicas sensitivizadas con colorantes, o celdas Grätzel. Estas celdas usan un proceso completamente diferente. Usan una capa de moléculas capaz de capturar fotones de una longitud de onda (lo mismo que hace la clorofila en las plantas), o de toda una franja, usando una mezcla de diversas sustancias. Los electrones excitados pasan a una capa de semiconductor, en este caso, dióxido de titanio. Lo bueno es que se pueden apilar capas y capas mientras los fotones sean capaces de llegar a esa profundidas (el TiO₂ es bastante transparente a este grosor). La eficiencia de este tipo de celdas, aún en estado experimental, está en torno al 11%, frente al 10-15% de las celdas de silicio de última generación. Su principal ventaja es su bajo peso, y menor coste, por lo que serían útiles en entornos de producción reducidos, donde el coste y la ligereza sea importante.



Los materiales capaces de transmitir la energía eléctrica sin pérdidas, es decir, los superconductores.
Aqui podría enrollarme a contar cosas y cosas, por lo que será mejor dejarlo para otra entrada.

Finalmente, se habló del Sahara Solar Breeder Project, un proyecto que pretende aprovechar la gran cantidad de capacidad de producción de energía eléctrica solar que tiene el desierto del Sahara, para producir energía, la cual se reutilizaría para la producción de nuevos paneles solares a partir de la arena del desierto, y así construir más plantas de producción. La energía se transportaría mediante cables superconductores.refrigerados con nitrógeno líquido fabricado también gracias a la misma energía. Su objetivo es alcanzar a suministrar el 50% de la energía mundial en el año 2050.

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Ligado a este mismo proyecto, se realizaría un programa de reforestación, para lo cual se construirían plantas desalinizadoras en la costa, y estaciones de bombeo que llevarían el agua hacia el interior del desierto.

Se me ocurren dos tipos de reflexiones sobre esta conferencia:

• ¿cual es la capacidad real de este tipo de producción de energía para imponerse a gran escala?

Cada vez vemos más edificios con paneles solares, granjas solares que revenden la energía producida, pero todo ello es a pequeña escala, mientras que el grueso de la producción de energía sigue en manos de la térmica, nuclear y cada vez más la eolica. Sin embargo, si nos limitamos a energías con capacidad de regular su capacidad de producción, nos quedamos únicamente con las no renovables, y en especial las térmicas de carbón y petróleo. El principal problema que sigue teniendo la producción de energía es la imposibilidad del almacenaje a gran escala de la corriente alterna.

• ¿Cómo se podría transponer estos conocimientos a nivel de 4 de la ESO?

En ese curso ya conocen las fuentes de energía y los rudimentos de la transformación de la energía, y cual es el camino que recorre desde la central de producción hasta nuestras casas. Conocen la problemática ambiental y las perspectivas de futuro de las nuevas fuentes de energía. Quizás se podría llevar por ese camino.