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Los mayores avances en energía limpia en 2016
La energía limpia logró avances críticos en 2016. Los acuerdos climáticos de París entró en vigor , el precio de las instalaciones solares siguió cayendo , inversiones en energías renovables se disparó , la energía eólica marina finalmente se puso en marcha en los Estados Unidos, y los científicos lograron una serie de avances técnicos que prometen hacer que la energía sostenible sea cada vez más eficiente y asequible.
Esto último es clave, ya que la invención sigue siendo la forma más segura de evitar los mayores impactos del cambio climático. Las tecnologías renovables disponibles comercialmente en la actualidad no pueden satisfacer todas las demandas energéticas del mundo, incluso si se amplían agresivamente. A Estados Unidos le falta un 20 por ciento para 2050, según un análisis exhaustivo realizado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable. Mientras tanto, el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático de la ONU concluido el mundo debe reducir las emisiones de gases de efecto invernadero hasta en un 70 por ciento para mediados de siglo, y casi cero para 2100, para tener alguna posibilidad de evitar niveles de calentamiento que podrían provocar el hundimiento de ciudades, extinciones masivas y sequías generalizadas.
Por lo tanto, necesitamos fuentes de energía renovable más eficientes, almacenamiento más económico, redes más inteligentes y sistemas efectivos para capturar gases de efecto invernadero. Estos son algunos de los avances científicos más prometedores de 2016.
fotosíntesis artificial
Una de las piezas cruciales que faltan en la cartera de fuentes de energía renovable es un combustible líquido limpio que pueda reemplazar la gasolina y otros combustibles para el transporte. Una de las posibilidades más prometedoras es la fotosíntesis artificial, que imita el método propio de la naturaleza para convertir la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en combustibles.
Ha habido mejoras lentas aunque constantes en el campo en los últimos años. Pero este verano, los científicos de Harvard Daniel Nocera y Pamela Silvers, en colaboración con sus coautores , desarrolló una 'hoja biónica' que podría capturar y convertir el 10 por ciento de la energía de la luz solar, un gran paso adelante para el campo. También es unas 10 veces mejor que la fotosíntesis de una planta promedio.
Los investigadores utilizan catalizadores hechos de una aleación de cobalto-fósforo para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, y luego ponen a trabajar bacterias especialmente diseñadas para engullir el dióxido de carbono y el hidrógeno y convertirlos en combustible líquido.
Otros laboratorios también han logrado avances notables en la eficiencia y durabilidad de los dispositivos de combustible solar en los últimos meses, incluido el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial. Este año, el último laboratorio creó un dispositivo impulsado por energía solar que convirtió el dióxido de carbono en formato con niveles de eficiencia del 10 por ciento. El formiato se puede utilizar como fuente de energía para celdas de combustible especializadas.
Pero el campo todavía enfrenta desafíos técnicos considerables, como un anterior Revisión de tecnología del MIT historia explicada, y es probable que aún falten años para cualquier producto comercial.
Solar termofotovoltaica
Esta primavera, un equipo de investigadores del MIT reportado el desarrollo de un dispositivo solar termofotovoltaico que potencialmente podría superar los límites teóricos de eficiencia de la energía fotovoltaica convencional utilizada en los paneles solares. Esas celdas solares estándar solo pueden absorber energía de una fracción del espectro de color de la luz solar, principalmente la luz visual del violeta al rojo.
Pero los científicos del MIT agregaron un componente intermedio formado por nanotubos de carbono y cristales nanofotónicos que juntos funcionan como una especie de embudo, recolectando energía del sol y concentrándola en una estrecha banda de luz.
Los nanotubos capturan energía en todo el espectro de colores, incluidas las longitudes de onda invisibles ultravioleta e infrarroja, y la convierten en energía térmica. A medida que los cristales adyacentes se calientan a altas temperaturas, alrededor de 1000 °C, reemiten la energía en forma de luz, pero solo en la banda que las células fotovoltaicas pueden capturar y convertir.
Los investigadores sugieren que una versión optimizada de la tecnología podría romper algún día el límite teórico de alrededor del 30 por ciento de eficiencia en las células solares convencionales. Al menos en principio, la energía solar termofotovoltaica podría alcanzar niveles superiores al 80 por ciento, aunque eso está muy lejos, según los científicos. Pero hay otra ventaja fundamental de este enfoque. Debido a que el proceso es impulsado en última instancia por el calor, podría continuar funcionando incluso cuando el sol se esconde detrás de las nubes, reduciendo la intermitencia que sigue siendo uno de los inconvenientes críticos de la energía solar. Si el dispositivo estuviera acoplado con un mecanismo de almacenamiento térmico que pudiera operar a estas altas temperaturas, podría ofrecer energía solar continua durante el día y la noche.
Células solares de perovskita
Las células solares de perovskita son baratas, fáciles de producir y muy eficientes para absorber la luz. Una película delgada del material, una clase de compuestos orgánicos e inorgánicos híbridos con un tipo particular de estructura cristalina, puede capturar tanta luz como una capa relativamente gruesa del silicio que se usa en la energía fotovoltaica estándar.
Sin embargo, uno de los desafíos críticos ha sido la durabilidad. Los compuestos que realmente absorben la energía solar tienden a degradarse rápidamente, particularmente en condiciones de humedad y calor.
Pero los grupos de investigación de Stanford, el Laboratorio Nacional de Los Álamos y el Instituto Federal Suizo de Tecnología , entre otras instituciones, logró avances considerables en la mejora de la estabilidad de las células solares de perovskita este año, publicando artículos notables en Naturaleza , Energía de la naturaleza , y Ciencias .
'A principios de año, simplemente no eran estables durante largos períodos de tiempo', dice Ian Sharp, científico del personal del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. “Pero ha habido algunos avances realmente impresionantes en ese sentido. Este año las cosas se han puesto realmente serias.
Mientras tanto, otros investigadores han tenido éxito en aumentando la eficiencia de células solares de perovskita e identificando nuevos caminos prometedores para nuevos avances.
almacenamiento de carbono
La generación de electricidad es responsable de producir el 30 por ciento del dióxido de carbono del país, por lo que capturar esas emisiones en la fuente es crucial para cualquier plan de reducción. Este año vio avances en varios enfoques emergentes para capturar carbono en plantas de energía, incluidas las celdas de combustible de carbonato, así como al menos algunas implementaciones prometedoras de tecnología existente en el mundo real. (Aunque, sin duda, ha habido algunos ejemplos claramente negativos también.)
Pero la mayoría de estos enfoques dejan abierta la pregunta de qué hacer con las cosas después de que se capturan con éxito. Y no es un problema pequeño. el mundo produce casi 40 mil millones de toneladas de dióxido de carbono anualmente.
Sin embargo, un método parece más prometedor de lo que inicialmente se creía: enterrar el dióxido de carbono y convertirlo en piedra. Desde 2012, Reykjavik Energy Proyecto CarbFix en Islandia ha estado inyectando dióxido de carbono y agua en las profundidades subterráneas, donde reaccionan con las rocas basálticas volcánicas que abundan en la región.
Un análisis publicado en Ciencias en junio descubrió que el 95 por ciento del dióxido de carbono se había mineralizado en menos de dos años, mucho más rápido que los cientos de miles de años que muchos esperaban. Hasta ahora, tampoco parece estar filtrando gases de efecto invernadero, lo que sugiere que podría ser más barato y más seguro que los enfoques de entierro existentes.
Pero se requerirá más investigación para ver qué tan bien funciona en otras áreas, en particular, incluso debajo de los fondos marinos, dicen los observadores externos.
dióxido de carbono a etanol
Otra opción prometedora para el dióxido de carbono capturado es, esencialmente, reciclarlo en combustibles utilizables.
A principios de este año, los investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de EE. UU. encontraron un método para convertirlo en etanol, el combustible líquido que ya se usa como aditivo en la gasolina. El equipo desarrolló un catalizador hecho de carbono, cobre y nitrógeno con una superficie texturizada que concentraba las reacciones electroquímicas en las puntas de las nanoespigas, según un estudio publicado en Selección de química en octubre . Cuando se aplicó voltaje, el dispositivo convirtió una solución de dióxido de carbono en etanol con un alto nivel de eficiencia. Los materiales también eran relativamente baratos y el proceso funcionaba a temperatura ambiente, ambas ventajas críticas para cualquier comercialización futura.
Estamos tomando dióxido de carbono, un producto de desecho de la combustión, y estamos empujando esa reacción de combustión hacia atrás, dijo el autor principal Adam Rondinone en un comunicado de prensa .
Además de convertir el dióxido de carbono capturado, el proceso podría usarse para almacenar el exceso de energía de la generación de electricidad eólica y solar.
Sin embargo, algunos investigadores externos se muestran escépticos acerca de los resultados iniciales y esperan ansiosamente para ver si otros laboratorios pueden verificar los hallazgos.