Soluciones ecocientíficas

En un laboratorio de la Universidad Politécnica de Madrid donde todo son cables y equipos electrónicos, una joven investigadora abre a cámara lenta una pequeña caja transparente y atrapa con unas pinzas una placa metálica de apenas unos milímetros. La escena ocurre en el Instituto de Energía Solar (IES), y el artilugio que muestra la científica colocándolo delicadamente sobre la yema de uno de sus dedos constituye una de las líneas de investigación actuales más prometedoras para el medio ambiente. Se trata de una nueva generación de células fotovoltaicas en fase experimental, mejoradas con nanotecnología y materiales distintos al silicio, que aprovechan de forma mucho más eficiente los fotones de la luz del sol: si para generar un kilovatio de electricidad se necesitan unos ocho metros cuadrados de las placas fotovoltaicas convencionales, con estas células de arseniuro de galio y fosfuro de galio, y lentes que concentren los rayos solares sobre ellas, sobra con un disco de 7,5 centímetros de diámetro.

La nueva generación de células fotovoltaicas busca multiplicar el aprovechamiento del sol, ahora inferior al 25%

España figura entre las cuatro primeras potencias mundiales en tecnología de regadíos y en desalación de agua

Una decena de satélites permite calibrar los daños en las zonas quemadas y analizar las pérdidas ambientales

La ciencia y la tecnología tienen muchas de las respuestas que necesita la ecología. Aunque no son pocas las amenazas ambientales que han salido de un laboratorio o de un centro tecnológico a lo largo de la historia moderna, también es aquí donde se detectan los peligros y se gestan muchos de los antídotos para los grandes males ecológicos del planeta. Placas solares, pilas de combustible, riegos por goteo subterráneo, humedales artificiales, satélites espaciales, monitorización de árboles… Éstas son algunas de las soluciones aportadas por la ciencia y la tecnología para tres de los mayores problemas ambientales del país: la contaminación del aire, la escasez de agua y la plaga de los incendios forestales.

01 Energía. Más y más limpia

En la azotea del IES, placas experimentales de diversas formas y modelos compiten por sacar mayor provecho de los rayos del sol. Cuando unas células fotovoltaicas como éstas transforman la luz solar en corriente eléctrica, sus emisiones son cero: no producen el CO2 causante del cambio climático, ni venenos como el dióxido de azufre (SO2), los óxidos de nitrógeno (NOx) o las partículas. Junto al resto de energías renovables, la tecnología solar constituye uno de los mejores antídotos contra la contaminación del aire. Eso sí, también tiene sus limitaciones, y, pese a ser este país el cuarto fabricante de placas fotovoltaicas del mundo, en realidad la mayoría acaba en tejados de Alemania y Japón. Ahora bien, la historia puede cambiar de forma radical con la nueva generación de células solares en las que trabaja este instituto. "Las placas fotovoltaicas se han perfeccionado mucho desde los años setenta, pero queda mucho por inventar", recalca el director del IES, Antonio Luque, sentado en su despacho.

Este investigador de barba blanca, que empezó a soñar con un mundo movido por el sol hace ya 30 años, explica que una de las ideas más actuales es en realidad recuperar un concepto antiguo: diseñar placas muy pequeñas y usar lentes para concentrar la energía del sol sobre ellas. Esto permite reducir el gasto en materiales y aumentarlo en eficiencia, empleando arseniuro de galio o fosfuro de galio en lugar del silicio. "Estamos diseñando placas para tierra como las que se usan en las misiones espaciales; es decir, células muy eficientes en las que no importa el coste", detalla. Una célula convencional transforma en energía el 15% de la luz solar que incide en ella, y el mejor registro obtenido con placas de silicio es un 24%, logrado por la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia). Sin embargo, las de arseniuro de galio superan el 30%, y el récord con concentradores está en un 39%, conseguido por la empresa californiana Spectrolab. La pregunta es: ¿hasta dónde se pueden exprimir los rayos del sol? El IES coordina un programa europeo de 8,4 millones de euros, FullSpectrum, en el que se investiga con otro tipo de células denominadas multiunión. Con ellas aún no se ha superado el 37%, pero la teoría dice que se podría alcanzar una eficiencia del 86%. La idea consiste en superponer capas de materiales distintos, de forma que en lugar de aprovechar los fotones de la luz de un solo color como las de silicio, puedan atrapar uno distinto por cada capa. "En 50 años, la energía solar va a ser uno de los grandes productores de electricidad del mundo", vaticina convencido Luque.

Con todo, las energías renovables no bastan para purificar el aire de las ciudades. ¿Cómo generar electricidad cuando no haya sol o no haya viento? ¿O cómo evitar que salga humo de los tubos de escape? Falta un combustible no contaminante que pueda almacenarse y que sea capaz de sustituir al petróleo en el transporte, y aquí la solución pasa en buena medida por el gas que hace aparecer mediante un sencillo experimento el profesor de investigación José Luis García Fierro en su laboratorio del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Se vierte un poco de agua en un recipiente, se añaden unos polvos blancos denominados fotocatalizadores y se acerca la solución a una bombilla encendida. El haz de luz rompe la molécula de agua (H2O) y, como por arte de magia, del líquido comienzan a emerger burbujas de oxígeno y del que se dice será el combustible del siglo XXI: hidrógeno. "La clave está en conseguir romper la molécula del agua de forma masiva, a un precio competitivo y sin contaminar; si somos capaces de esto habremos resuelto el problema de la energía", resume con entusiasmo el investigador.

La tecnología del hidrógeno funciona, pero tiene truco. La cuestión es: ¿de dónde y cómo obtener este hidrógeno? El sistema convencional se basa en el procesado de combustibles fósiles, con lo cual no deja de contaminar. Así pues, se necesitan otros métodos. Una primera alternativa consiste en separar los átomos de H2O aplicando una corriente eléctrica en el agua (electrólisis), y aquí el inconveniente se centra en que se requiere de mucha energía. Como resalta García Fierro, no parece lógico aplicarla si no es con fuentes renovables (solar, eólica, biomasa…), y para ello se debe lograr que éstas produzcan hidrógeno a gran escala y buen precio.

Otro modo de obtener hidrógeno pasa por los fotocatalizadores del experimento de la bombilla: óxidos semiconductores que tienen la propiedad de fijar los fotones de la luz solar. Para tener hidrógeno basta dejarlos en agua y exponerlos al sol. "La pega es que resulta muy complicado mantenerlos activos", apunta el profesor de investigación. "Pero existe una auténtica carrera científica en el mundo por ser los primeros en desarrollar materiales semiconductores con estas características que sean estables".

Hay más formas de producir hidrógeno; García Fierro se adentra en el laboratorio y se detiene junto a un artefacto un poco mayor que una lavadora. Con orgullo, el químico presenta uno de los últimos prototipos creados por el centro para generar hidrógeno a partir de metanol / etanol. "Es grande porque se ha construido de forma artesanal, pero puede acoplarse a una pila de combustible y reducirse hasta un tamaño capaz de meterse en un coche", maquina el químico. "Así se autoabastecería de hidrógeno y podría moverse sin contaminar". Este investigador lo tiene muy claro: en las últimas décadas ya han visto la luz más de 11.000 versiones de pilas de combustible en el mundo, y algunas estimaciones prevén que, para mediados de este siglo, más de la mitad del parque automovilístico estará equipado con una de ellas. "Estamos ante una verdadera revolución", avisa.

02 Agua. Aprovechar cada gota

Del emisor de una tubería brota una minúscula perla de agua que va a caer en un embudo metálico. La gota es pesada por una célula de carga de alta precisión, y el resultado salta de inmediato a las tripas de un ordenador, que procesa los datos de decenas de goteros que lagrimean al mismo tiempo. Todo ocurre en el laboratorio del Centro Nacional de Tecnología de Regadíos (Center), y la información de estos bancos de ensayo resulta muy útil para verificar la calidad de los materiales y el caudal real de los riegos. "En el mundo puede haber, como mucho, dos laboratorios como éste, en Estados Unidos y en Israel; pero no investigarán más de una única técnica para regar, cuando nosotros aquí las cubrimos todas", se enorgullece Santos Frontela, el gerente de este centro tecnológico del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación situado en San Fernando de Henares (Madrid).

El objetivo final siempre es el mismo: ahorrar agua. Y para lograrlo, el Center sigue muy diversos caminos, que van desde la comprobación y normalización de equipos en el laboratorio hasta la propia evaluación de los sistemas de riego en cultivos reales. Rodeados por campos de maíz, Frontela detiene su coche a un lado del camino y señala hacia una torre en cuya punta sobresalen una antena y una pequeña placa fotovoltaica. "Los sistemas de telecontrol son hoy la clave", destaca el gerente, que describe de forma rápida toda la operación: desde un ordenador lejano se da la orden de regar una cantidad precisa y a una hora determinada; la información es transmitida por ondas de radio hasta la antena, momento en el que se abren las válvulas y los aspersores comienzan a lanzar agua sobre el maíz. "Esto resulta mucho más cómodo para el agricultor, pero sobre todo deja registrado en el ordenador qué parcelas se han regado, durante cuánto tiempo, a qué presión… Unos datos valiosísimos para estudiar luego cómo optimizar mejor el uso de este recurso".

Mientras el agua de los aspersores vuela por encima de las plantas, unos pluviómetros colocados estratégicamente miden la eficiencia del sistema. Esta finca de 100 hectáreas constituye un enorme banco de pruebas para evaluar los métodos de riego usados en el país. Como subraya el ingeniero Frontela, "no existe una solución idónea única, pues tenemos muchos climas, terrenos y cultivos diferentes, y lo ideal es sacar la máxima eficiencia de cada sistema". Una de las técnicas más innovadoras puestas a prueba es el riego por goteo subterráneo: las conducciones van enterradas por debajo de las raíces de las malas hierbas y dejan la gota de agua sólo al alcance de la planta que se quiere regar, evitando las pérdidas por evaporación.

Sin embargo, en un país que a menudo agoniza de sed, tan crucial como ahorrar agua resulta depurar la usada para reutilizarla o verterla en los ríos sin contaminar. Y en este campo, una de las visitas obligadas está a 30 kilómetros de Sevilla y se conoce como Planta Experimental de Carrión de los Céspedes. Allí, entre depósitos y balsas de muy diversos tipos, esta instalación de la Junta de Andalucía, gestionada por el Centro de Nuevas Tecnologías del Agua (Centa), aprovecha las aguas residuales de la localidad de Carrión de los Céspedes para ensayar una treintena de tecnologías de depuración. Juan José Salas, responsable de investigación aplicada de la planta, explica: "En la actualidad, la cuestión de las grandes ciudades está más o menos resuelta; lo que queda por depurar es lo pequeño, lo de aglomeraciones menores, y para ello buscamos tecnologías sencillas, de bajo coste y poco mantenimiento".

Desde esta perspectiva, uno de los métodos de depuración más avanzados del mundo está formado por unas curiosas plantaciones de cañas de carrizo que brotan de seis grandes balsas. "Éste es uno de los sistemas más empleados ahora, y consiste en reproducir artificialmente las condiciones de las zonas húmedas naturales", desvela Salas. A través de las raíces, la vegetación aporta al agua el oxígeno necesario para que vivan las bacterias que han de comerse los contaminantes. Además, las propias plantas absorben nitrógeno y fósforo, y atacan a los patógenos. Si lo que se quiere es reutilizar el agua, entonces se deben desinfectar antes los efluentes depurados, para lo cual, aparte del cloro, se barajan alternativas como la radiación ultravioleta o la ionización. Otra opción ensayada aquí consiste en regar directamente con agua depurada sin clorar, pero a través de goteros subterráneos. Como todo ocurre bajo tierra se evitan los riesgos sanitarios.

Cuando la reutilización tampoco es suficiente, la ciencia todavía tiene remedios a los que recurrir, como desalar el agua del mar. "La preocupación máxima por la escasez de este recurso ha agudizado mucho el ingenio en España, y desde que empecé, en el año 1971, con las primeras desaladoras en Canarias, la revolución ha sido espectacular", remueve en su memoria Miguel Torres, jefe del área de calidad de aguas del Centro de Estudios Hidrográficos (Cedex). El caballo de batalla de las plantas desalinizadores ha sido siempre su elevado gasto de energía, pero lo cierto es que los 60 kilovatios que se necesitaban en los primeros tiempos para potabilizar cada metro cúbico, hoy se han quedado reducidos a sólo tres en los sistemas de ósmosis inversa. La teoría dice que aún se puede bajar más, y aunque cada vez resulta más complicado arañar vatios, los ingenieros españoles le siguen dando vueltas a la cabeza. Como precisa Torres, las dos líneas de investigación más prometedoras son el desarrollo de membranas más eficientes que requieran de menos presión para filtrar el agua y la recuperación de la energía residual que queda en el vertido hipersalino (salmuera) al final del proceso. "La tecnología más puntera está saliendo de los departamentos de I+D de las empresas nacionales", recalca Torres, que recuerda que España es también la cuarta potencia mundial en desalación de agua de mar.

03 Incendios. Antes y después

A más de 800 kilómetros de la Tierra, un satélite de la serie NOAA de la NASA barre toda la superficie del planeta con sus sensores. Entre los millones de datos que registran sus instrumentos a bordo, la nave toma mediciones de la actividad clorofílica de la vegetación de cualquier punto del globo. Al día siguiente, a las afueras de Madrid, Federico González Alonso, jefe del laboratorio de teledetección del Centro de Investigación Forestal del Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA), conecta su ordenador a Internet y se descarga la información transmitida por el satélite estadounidense para realizar un trabajo con el que apagar muchas llamas antes incluso de que aparezcan: el mapa mensual de los niveles de sequedad y del riesgo de incendios de todo el país. Como detalla este ingeniero de montes mientras enseña imágenes espaciales, "los satélites ofrecen un gran número de posibilidades para combatir las llamas; con ellos se puede mejorar la eficacia de las medidas contra los incendios, pero también evaluar de forma precisa los daños de las áreas quemadas para mejorar su recuperación".

La tecnología espacial supone la última arma en la guerra contra el fuego, y este laboratorio del INIA tiene acceso desde el ordenador a un auténtico arsenal. De la decena de satélites de cuyas mediciones se vale, uno de los más interesantes es el Envisat, de la Agencia Europea del Espacio, que permite calibrar desde el espacio los daños de las zonas quemadas a partir de la reflectancia de la vegetación captada por su radiómetro Meris. Los datos transmitidos por este sensor espacial han servido para analizar las pérdidas ambientales del trágico incendio del pasado mes de julio en Guadalajara. Resultado: 11.313 hectáreas ardidas, de las cuales un 69,5% estaba cubierto por coníferas (sobre todo, Pinus pinaster); un 16,5%, por bosque mixto, y un 8%, por matorral.

Las aplicaciones son múltiples, pero, aun así, el jefe del laboratorio de teledetección del INIA considera que todavía se está lejos de sacar el máximo partido. Todos los satélites de los que se sirve su equipo siguen una órbita polar, lo que significa que giran alrededor de la Tierra pasando sobre los polos y aprovechan el movimiento de rotación del globo para cubrir toda la superficie del planeta. "Lo ideal sería disponer de información de los incendios en tiempo real con resolución adecuada, para lo que se requerirían otros satélites de tipo geoestacionario", especifica el investigador. Estas naves suelen seguir órbitas mucho más lejanas, a unos 36.000 kilómetros de la Tierra, y acompañan el movimiento giratorio del planeta, con lo que enfocan siempre al mismo punto. "Con una resolución válida podrían alertar desde el espacio de la aparición de incendios nada más producirse, o dar información cada 15 minutos de la evolución de un fuego, incluso de noche", señala González Alonso.

A pesar de estos prometedores avances son muchos los frentes en los que se debe actuar para evitar que los bosques sigan convirtiéndose en simple madera carbonizada. Mientras, la plaga del fuego continúa avanzando. La pregunta entonces es: ¿cómo favorecer la recuperación de los terrenos arruinados por las llamas? En este sentido, la respuesta está mucho más desperdigada. Y en un primer paso obliga a bajar la vista a ras de suelo y sustituir los sensores espaciales por microscopios. Irene Fernández, investigadora del Instituto de Investigaciones Agrobiológicas del CSIC, en Santiago de Compostela, da algunas claves: "Tras el incendio aumenta la disponibilidad de nutrientes procedentes de las cenizas, pero a la vez cambian las características físicas del suelo, que se vuelve muy vulnerable a la erosión". Cuando llueve, el suelo repele el agua, que forma diminutas bolitas que van arrastrando consigo la materia. Y si las tormentas son muy severas, la tierra se va desnudando y acaba por dejar la roca al descubierto. "Se tardan muchos miles de años en volver a formar unos centímetros de suelo", incide Fernández, que destaca la importancia de favorecer la implantación de una nueva vegetación de rebrotes o herbáceas que sujete estos terrenos ante la erosión. En este mismo instituto, la investigadora Ángeles Prieto estudia lo que pasa en las comunidades de microorganismos: los grandes recicladores de la materia orgánica de la que viven las plantas. "Si se mide la cantidad de carbono, nitrógeno y nutrientes almacenados en estos microorganismos, se aprecia un descenso muy fuerte en los cinco primeros años tras el incendio", sintetiza.

En un bosque incipiente de pinos de poco más de diez años en Guadalajara, otro científico gallego, José Antonio Vega, éste del Centro de Investigaciones Forestales y Ambientales de Lourizán (Pontevedra), sigue la evolución de los primeros árboles brotados de forma natural de la tierra quemada. A través de sensores colocados en los troncos, y como si se estuviese en un hospital, este investigador vigila la transpiración y la circulación de la savia de los ejemplares. De este modo ha constatado que se puede ayudar a los pinos a salir adelante a través de clareos, pues cuando se reduce la densidad de la masa forestal éstos crecen más robustos, aprovechan mejor el agua y adelantan su madurez sexual para volver a dar piñones. Aunque se debe tener cuidado de no pasarse: "Hay que buscar el punto de equilibrio, dado que, si se clarea demasiado, los árboles dejan de estar protegidos, se tronchan por el viento y sufren estrés por el aumento de la radiación solar", advierte Vega. Este investigador no se contenta sólo con que crezcan fuertes y sanos, sino que pretende también que los árboles no vuelvan a sucumbir a las llamas. Por ello también rastrea toda España en busca de las variedades autóctonas del Pinus pinaster más resistentes al fuego.