En menos de ocho horas suficiente luz solar llega a la Tierra para satisfacer todas las necesidades energéticas de la humanidad durante un año.

Según una investigación publicada por la Agencia Internacional de Energía, el mundo consumió 18,3 teravatios año (TWy) de energía en 2014. Solo se necesitan ocho horas de luz solar para producir 21 TWy de energía solar. Y el costo de producción se ha reducido drásticamente en los últimos años.

Entonces, ¿por qué no lo usamos para alimentar todo el planeta?

El principal problema es el almacenamiento. El sol no brilla por la noche por lo que la energía debe almacenarse hasta que la gente necesite usarla.

A medida que el costo de producción de la energía ha disminuido (un estudio del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de 2016 mostró que los costos de los proyectos solares en los Estados Unidos se habían reducido en dos tercios desde 2009), la demanda ha aumentado. Como respuesta, las empresas de servicios públicos han instalado dos veces y media más tecnología solar que los consumidores residenciales y comerciales combinados.

Nuestras opciones de almacenamiento actuales no pueden mantenerse al día.

Los paneles solares a gran escala requieren un gran almacenamiento. En Australia, Tesla instaló recientemente una enorme batería de iones de litio para almacenar energía renovable, pero el litio no es un recurso ilimitado, y las baterías no son ideales para todas las situaciones; muchos habitantes de Alberta saben que a las baterías de iones de litio de sus teléfonos no les gusta el frío. Si planeamos trasladar el mundo entero a fuentes como la solar y otras energías renovables, necesitamos múltiples formas de almacenar el poder.

Cuando la iniciativa de investigación Future Energy Systems de la Universidad de Alberta, de $ 75 millones, se lanzó a fines de 2016, abordar este problema era una de las principales prioridades.

Entre los científicos que reciben financiación de la iniciativa se encuentra el químico Steve Bergens. Está trabajando en una alternativa a escala de servicios públicos que aprovecharía la infraestructura existente y ahorraría baterías químicas para usos a menor escala.

"El dióxido de carbono y el agua están por todas partes, ", explicó." Podemos combinarlos con la luz solar y almacenar energía solar como combustible ".

Almacenamiento de energía solar en combustibles sintéticos

"Los combustibles se producen de forma natural, por lo que es posible que algunas personas no los consideren una tecnología de almacenamiento, ", Explicó Bergens." Pero al igual que las baterías, los combustibles nos permiten llevar la energía almacenada a donde la necesitemos y acceder a ella cuando queramos ".

Los combustibles más comunes en la actualidad son los hidrocarburos como el gas natural. Cuando esos hidrocarburos se queman, el carbono se libera a la atmósfera como gas de efecto invernadero CO2. Para evitar el CO2, podríamos adaptar todo nuestro sistema energético para quemar hidrógeno puro, pero Bergens cree que la propuesta no es realista a corto plazo.

"Hemos invertido décadas y mucho dinero en la construcción de un sistema que funciona con hidrocarburos, por lo que no es razonable esperar que todo cambie a la vez, ", dijo." Pero, ¿y si en lugar de liberar dióxido de carbono a la atmósfera, lo capturamos y lo combinamos con agua y energía solar para hacer combustibles de hidrocarburos reutilizables? "

Bergens bosqueja el proceso químico en la pizarra de su oficina:"Cuando se quema, el gas natural y el oxígeno del aire forman agua, dióxido de carbono y energía ".

Teóricamente ese proceso podría revertirse:la luz solar podría aplicarse al agua y al dióxido de carbono, creando gas natural sintético con oxígeno puro como subproducto. Cuando ese combustible se quema, el dióxido de carbono nunca necesitaría ser liberado, solo capturado y reciclado para producir más combustible sintético.

Las fórmulas revisan, pero pocas cosas son tan fáciles como se ven en una pizarra.

Construyendo moléculas asequibles

Mona Amiri es una becaria postdoctoral que trabaja con el equipo en el laboratorio de Bergens para desarrollar catalizadores que pueden hacer que la reacción de la pizarra suceda en la vida real.

Construyendo a nivel atómico y de forma modular, ella y los estudiantes Chao Wang y Octavio Perez están creando moléculas individuales, cada una de las cuales realiza una función individual en el proceso general. Estas moléculas se pueden optimizar y estudiar por separado, luego pueden ensamblarse fácilmente como bloques de construcción, o incluso autoensamblarse, para que funcionen como una sola unidad.

Este enfoque permite al equipo identificar rápidamente los puntos débiles, cambie los componentes individuales y eventualmente reduzca los costos de ingeniería al llevar a cabo todo el proceso en una sola unidad. Pero solo tiene sentido si los catalizadores y componentes son asequibles.

"La mayoría de los catalizadores que conocemos que pueden lograr esto se basan en metales costosos como el platino y el iridio, "Amiri señaló." Actualmente los usamos para validar los principios, pero necesitamos encontrar alternativas más abundantes para una adopción generalizada ".

Con eso en mente, Amiri y el equipo están desarrollando nuevos catalizadores basados ​​en elementos comunes como el hierro. Hasta ahora, estas moléculas más comunes no están demostrando ser tan eficientes ni duraderas, pero confía en que se pueden refinar en alternativas útiles.

"Será necesario combinar la eficiencia, esperanza de vida, asequibilidad y disponibilidad, " ella dijo.

Cuando ella y el equipo de Bergens encuentren el equilibrio adecuado, la tecnología resultante podría ser un trampolín crucial.

Una tecnología de transición

Con los catalizadores adecuados, plantas de gas natural en todo el mundo podrían tener plantas de combustible solar construidas junto a ellas, capturando su CO2 y reaccionando con el agua y la luz solar. El resultado podría ser un sistema de carbono completamente cerrado en el que las plantas generen energía a través de la combustión, pero el CO2 nunca se libera a la atmósfera.

"Esto no va a pasar mañana, ", Dijo Bergens." Pero a mediano plazo, podría darnos tiempo para lanzar nuevos combustibles que utilicen algo más que carbono ".

Bergens tiene algunas ideas sobre cómo podría verse ese nuevo combustible. Dibuja una molécula en su pizarra que une el hidrógeno con otro elemento común, y no emitiría nada más que agua cuando se quema, pero luego la borra rápidamente.

"Eso está más lejos en el futuro, ", dijo con una sonrisa." Pero funciona en la pizarra ".