Las energías limpias lograron grandes avances en 2016. El Acuerdo de París contra el cambio climático entró en vigor, el precio de las instalaciones solares siguió cayendo, la inversión en energías renovables aumentaron, la energía eólica marina por fin se puso en marcha en Estados Unidos y los científicos lograron una serie de avances técnicos que prometen logran que la energía sostenible sea cada vez más eficiente y asequible. 

Ese último avance es clave, puesto que la invención sigue representando el camino más seguro para evitar los grandes impactos del cambio climático. Las tecnologías renovables comercialmente disponibles en la actualidad no pueden satisfacer toda la demanda energética del mundo, ni siquiera escalándolas a lo grande. Estados Unidos se quedará corto por cerca de un 20 % para el año 2050, según un detallado análisis del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de EEUU. Mientras tanto, el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático de Naciones Unidas concluyó que el mundo ha de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en hasta un 70% para mediados de siglo, y hasta prácticamente cero para 2100. Solo así, explican, tendríamos alguna opción de evitar los niveles de calentamiento que podrían garantizar la desaparición de ciudades, extinciones masivas y sequías generalizadas.

Así que necesitamos fuentes de energías renovables más eficientes, un almacenamiento más barato y sistemas eficaces para capturar los gases de efecto invernadero. Aquí detallamos algunos de los avances científicos más prometedores del 2016.

- Fotosíntesis artificial

De la cartera de fuentes de energías renovables, una de las piezas más importantes que falta es un combustible líquido y limpio que pueda reemplazar la gasolina y otros combustibles del transporte. Una de las posibilidades más prometedoras es la fotosíntesis artificial, que imita el método de la propia naturaleza para convertir la luz solar, el dióxido de carbono y el agua en combustible.

Durante los últimos años, el campo ha experimentado mejoras lentas aunque constantes. Pero este verano, los científicos de la Universidad de Harvard (EEUU) Daniel Nocera y Pamela Silvers desarrollaron, en colaboración con otros investigadores, una "hoja biónica" capaz de captar y convertir el 10% de la energía de la luz solar, un gran paso para el campo. También tiene un rendimiento unas 10 veces mejor que la fotosíntesis de la planta media.

Los investigadores emplean catalizadores hechos de una aleación de cobalto y fósforo para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Después, ponen unas bacterias específicamente modificadas a trabajar. Estas engullen el dióxido de carbono y el hidrógeno y los convierten en combustible líquido.

Otros laboratorios también han logrado avances importantes en la eficacia y durabilidad de los dispositivos de combustibles solares durante los últimos meses recientes, incluido el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Centro Conjunto de Fotosíntesis Artificial (ambos en EEUU). Este año, el segundo de los laboratorios citados creó un dispositivo solar que convierte el dióxido de carbono en formiato con una eficiencia del 10 %. El formiato puede utilizarse como una fuente energética para células de combustible especializadas.

Sin embargo, el campo aún se enfrenta a retos técnicos importante tal y como explicó un artículo anterior de MIT Technology Review; probablemente aún falten años para cualquier producto comercial.

- Energía solar termofotovoltaica

Esta primavera, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EEUU) informó del desarrollo de un dispositivo termofotovoltaico que potencialmente podría superar los límites de eficiencia teóricos de la energía fotovoltaica convencional empleada por los paneles solares. Esas células solares estándares sólo pueden absorber la energía de una fracción del espectro de colores de la luz solar, principalmente la luz visible desde violeta hasta roja.

Pero los científicos del MIT añadieron un componente intermediario hecho de nanotubos de carbono y cristales nanofotónicos que juntos funcionan como si fueran un embudo, recogen las energía del sol y la concentran en una banda de luz estrecha.

Los nanotubos capturan energía de todo el espectro de colores, incluidas las ondas de luz invisibles ultravioletas e infrarrojas, y la convierten en energía térmica. Al calentarse los cristales adyacentes a altas temperaturas -unos 1.000 °C- vuelven a emitir la energía como luz, pero sólo en la banda que pueden capturar y convertir las células fotovoltaicas.

Los investigadores sugieren que una versión optimizada de esta tecnología podría romper algún día el límite teórico de la eficiencia en torno al 30 % para las células solares convencionales. Al menos en teoría, la energía solar termofotovoltaica podría alcanzar niveles superiores al 80 %. Algo para lo que, según los científicos, falta mucho. 

Aun así, esta idea conlleva otra ventaja crítica. Como el proceso está impulsado por el calor, éste podría seguir funcionando incluso cuando el sol se oculte detrás de las nubes, lo que reduciría la intermitencia que sigue siendo una de las principales desventajas de la energía solar. Si el dispositivo se emparejara con un mecanismo de almacenamiento termal capaz de operar a grandes temperaturas, podría ofrecer una energía solar continua día y noche.

- Células solares de perovskita

Las células solares de perovskita son baratas, fáciles de fabricar y muy eficientes a la hora de absorber luz. Una delgada película del material, una clase de híbrido de compuestos orgánicos e inorgánicos con un tipo de estructura cristalina determinada, puede capturar tanta luz como una capa relativamente gruesa del silicio utilizado por la energía fotovoltaica estándar.

Uno de los retos principales, sin embargo, ha sido la durabilidad. Los compuestos que absorben la energía solar tienden a degradarse rápidamente, especialmente en condiciones de humedad y calor.

Pero grupos de investigación de la Universidad de Stanford (EEUU), el Laboratorio Nacional Los Alamos (EEUU) y la Escuela Politécnica Federal de Suiza, entre otras instituciones, lograron importantes avances en la mejora de estabilidad de las células solares de perovskita este año, y han publicado destacados trabajos en las revistas Nature,  Nature Energy y Science. Como explica el científico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (EEUU) Ian Sharp, "a principios de año, simplemente no eran estables durante periodos largos [...] pero se han logrado unos avances realmente impresionantes en ese sentido. Este año, las cosas se han puesto muy serias".

Mientras tanto, otros investigadores han logrado mejorar la eficiencia de las células solares de perovskita e identificar prometedores caminos nuevos para futuros avances.

- Almacenaje de carbono

La generación de electricidad es responsable de la producción del 30% del dióxido de carbono de Estados Unidos. Capturar esas emisiones en su punto de origen resulta crucial para cualquier plan de reducción. El año pasado pudimos ver avances de varios enfoques emergentes para capturar carbono en centrales energéticas, incluidas células de combustible de carbonatos fundidos, además de al menos algunas implementaciones prometedoras de tecnologías ya desarrolladas. (Aunque, desde luego, también se han producido algunos ejemplos claramente negativos).

Pero la mayoría de estos enfoques dejan sin contestar la pregunta de qué hacer con el carbono después de capturarlo con éxito. Y no es un problema pequeño. El mundo produce casi 40.000 millones de toneladas de dióxido de carbono cada año.

Un método, sin embargo, parece ser más prometedor de lo que se creía en un principio: enterrar el dióxido de carbono y convertirlo en piedra. Desde 2012, el proyecto CarbFix de Reykjavik Energy en Islandia ha inyectado dióxido de carbono y agua a gran profundidad bajo tierra, donde reaccionan con las piedras volcánicas de basalto que abundan en la región.

Un análisis publicado en la revista Science en junio de 2016 encontró que el 95 % del dióxido de carbono se había mineralizado en menos de dos años, mucho más rápido que los cientos de miles de años que muchos habían previsto. Hasta la fecha, tampoco parecen estar filtrándose los gases de efecto invernadero, lo que sugiere que podría resultar tanto más barato como más seguro que los enfoques actuales para enterrarlo. Pero se necesitan todavía más investigaciones para comprobar su eficacia en otras zonas, sobre todo bajo el fondo marino, según apuntan observadores externos.  

- Convertir el dióxido de carbono en etanol 

Otra opción prometedora para el dióxido de carbono capturado es, en esencia, reciclarlo para generar combustibles útiles. Este año, unos investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía de Estados Unidos se toparon con un método para convertirlo en etanol, el combustible líquido ya utilizado como un aditivo de la gasolina. 

El equipo desarrolló un catalizador a partir de carbono, cobre y nitrógeno con una superficie texturizada, que concentraba las reacciones electroquímicas en los extremos de los nanopicos, según un estudio publicado en la revista Chemistry Select en octubre. Al aplicar un voltaje, el dispositivo convirtió una solución de dióxido de carbono en etanol a un alto nivel de eficiencia. Los materiales también resultaron relativamente baratos y el proceso funciona a temperatura ambiente, ventajas cruciales las dos para una futura puesta en el mercado. Según explicó el autor principal de la investigación, Adam Rondinone, en un comunicado de prensa, "estamos tomando el dióxido de carbono, un deshecho de la combustión, y estamos invirtiendo esa reacción de combustión"

Además de convertir el dióxido de carbono capturado, el proceso podría servir para almacenar energía sobrante de la generación de electricidad solar y eólica. Algunos investigadores externos, sin embargo, se muestran escépticos sobre los resultados iniciales y esperan ansiosamente comprobar si otros laboratorios pueden verificar sus hallazgos.