Un equipo de científicos sevillanos pretende imitar el proceso de las plantas para aprovechar la energía solar

"La fotogeneración de hidrógeno y otros combustibles mediante sistemas metal/semiconductor" es el misterioso -para los profanos- título del proyecto que valió al químico Guillermo Munuera una de las ayudas más importantes -35 millones de pesetas- en la convocatoria de este año del Concurso Nacional de la Fundación Ramón Areces. Un empujón más para el equipo que dirige este científico, que se encuentra entre los más adelantados del mundo en este nuevo campo, y que continúa investigando la reproducción del proceso de las plantas como forma de aprovechamiento de la energía solar.

El equipo que dirige este catedrático de Química de la universidad de Sevilla, formado por una docena de personas de varios centros, en Sevilla y Madrid, tiene por objetivo de sus investigaciones, en términos simples, la obtención de hidrógeno del agua, por medio del aprovechamiento fotoquímico de la energía solar. Un metal muy poco común, el rutenio, elemento químico de número atómico 44, tan caro como el platino, resulta, junto al titanio, imprescindible, por ahora, para lograr este objetivo.En energía solar existe el aprovechamiento térmico (paneles), el fotovoltaico (células solares que producen directamente electricidad) y también el fotobiológico. Finalmente, está el procedimiento fotoquímico, basado en el anterior, por el cual se trata de producir un elemento rico en energía, a partir de la energía solar. "En el procedimiento que nosotros abordamos", señala Munuera, "se trata de descomponer el agua por medio de la energía solar para obtener hidrógeno. Este hidrógeno se puede luego volver a recombinar con el oxígeno para obtener agua y liberar la energía acumulada. También se puede, mediante una célula de combustión, recombinar el hidrógeno y el oxígeno para obtener directamente energía eléctrica, como en una pila".

"La ventaja que tiene el método fotoquímico es que el hidrógeno ya de por sí es un método de almacenamiento de la energía. No hace falta un sistema de almacenamiento del agua caliente, como en los paneles, ni de electricidad, como en las células solares. El hidrógeno se puede tener en botellas, en forma gaseosa, o en tanques, en estado líquido (como el combustible utilizado en el transbordador espacial norteamericano), o incluso en estado sólido, en forma de hidruro, como ladrillos".

Todo el hidrógeno que se utiliza actualmente para industrias químicas y como combustible se obtiene de la descomposición de combustibles fósiles, hidrocarburos, lo que cada vez es más caro. "Ahora mismo, en España", señala Munuera, "las fábricas de amoniaco están funcionando sólo porque su cierre ocasionaría un aumento del paro. Cuesta más la importación de la materia prima para generar el hidrógeno para hacer la síntesis de amoniaco, que si importáramos directamente el amoníaco".

En busca del captador

Obtener hidrógeno del agua por medio de la energía solar no es fácil, sin embargo, y así lo demuestra el hecho de que este campo todavía esté en sus comienzos. "El agua es cristalina, transparente para la radiación solar, y lo que hay que hacer es diseñar un elemento transductor o captador que se ponga en contacto con el agua y le transfiera la energía que el elemento capte del sol. Lo que pretendemos es imitar el proceso de las plantas, que fijan la energía por medio, de la clorofila, su elemento captador, aunque las plantas tienen una eficiencia muy baja, del 1%. Las plantas pueden regenerar la clorofila, pero nosotros no podemos hacer eso, por lo que nuestros caritadores deben ser estables, tener una vida larga y captar la zona del espectro solar que llega a la superficie".Así que todo se reduce, simplificándolo mucho, a obtener un elemento captador, en forma de polvo, que se echa en el agua, donde permanece en suspensión y capta la energía del sol, transfiriéndola al agua, y produciendo hidirógeno y oxígeno. Éste es el proceso más simple, pero también se podría utilizar el agua en forma de vapor, obtenido por energía solar, y que el vapor pasara sobre un lecho formado por el captador.

"La eficiencia teórica máxima de un sistema de este tipo está en un 20% de aprovechamiento de la energía solar", explica Munuera, "y hasta hoy se ha conseguido un 5% en experiencias realizadas en un medio líquido. Se calcula que un aprovechamiento de un 10% sería viable comercialmente, con lo que una vez alcanzado esto se podría pasar al desarrollo tecnológico".

Dos líneas de desarrollo

Ha habido dos líneas de desarrollo en los años setenta en el tema de los captadores. Una ha utilizado sólidos que son fotosensibles, especialmente el dióxido de titanio. En este tema lleva trabajando el equipo de Munuera unos cinco o seis años. Este sistema solamente capta en la zona del ultravioleta próximo. El otro sistema utiliza un complejo de rutenio, el rutenio trisbipiridilo, que tiene la ventaja de ser soluble en agua y capta en la zona óptima del espectro.En los últimos años se ha desarrollado un sistema que combina los dos, y que parece, el óptimo, con el complejo de rutenio y el dióxido de titanio junto a pequeños añadidos de otros materiales.

El inconveniente es que el de rutenio es un compuesto caro -su precio es comparable al platino-, aunque se busca su sustitución por otros sistemas más baratos, como pueden ser algunos compuestos de zinc. Esta última línea de investigación se presentó en el 4º Congreso de Aprovechamiento Fotoquímico de la Energía Solar, que tuvo lugar hace ahora un año en Jerusalén, y al que, como en los anteriores, presentó sus trabajos el equipo de Munuera. En España existe un número muy limitado de investigadores que se dedican a este tema, aunque -en opinión de Munuera-España se está integrando en esta última línea de investigación y en un buen lugar, debido a que existen años de investigación sobre el titanio.

Los centros y equipos que colaboran en el equipo que dirige Munuera lo hacen desde el año 1975, y son el Instituto de Catalisis y Petroleoquímica y el grupo de Físico-Química de Minerales, ambos del CSIC.

El aprovechamiento fotoquímico de la energía selar ha ido despertando un interés cada vez mayor en las industrias petroquímicas y eléctricas, que en Estados Unidos son las que están impulsando la investigación. "Cuando se acabe el petróleo serán estas industrias las que tengan la tecnología para seguir produciendo energía esta vez procedente del Sol. En España la industria en general empieza a darse cuenta de que si pretende incorporarse a Europa debe hacer investigación".