Siempre se ha dicho que si el hombre fuera capaz de aprovechar toda la radiación solar que llega hasta la Tierra dispondría de mucha más energía que la que consume toda la humanidad. Pero la radiación solar es difusa así que es preciso idear mecanismos que recojan la mayor cantidad posible, como los espejos reflectores que concentran esa radiación en un punto determinado. Por eso es fundamental el trabajo desarrollado por Ángel Morales.
Pero además de mejorar la reflectancia de los espejos también ha preparado recubrimientos antirreflectantes que permiten el paso del 97% de la radiación solar; un 5% más que el vidrio sin ningún tipo de antirreflectante. Esos puntos de mejora son de máxima importancia para aumentar la eficiencia de cualquier nueva instalación de energía solar térmica. Nadie en el mundo había conseguido materiales que reflejaran y permitieran el paso de la radiación solar hasta estos límites, lo que prueba también la solvencia de nuestros investigadores en el campo de la energía solar.
– ¿Cuál es su área de trabajo?
Estoy tratando de desarrollar nuevos materiales ópticos para conseguir un mayor aprovechamiento de la radiación solar. En principio son materiales para un tipo de colectores llamados cilindro-parabólicos, pero pueden ser utilizados en todo tipo de colectores de energía solar térmica. Mi trabajo se centra en tres tipos de recubrimientos ópticos: los espejos, las cubiertas antirreflectantes de los vidrios y el tubo de acero al carbono que contiene el fluido –aceite o agua– que se calienta con el sol. (A la derecha, imagen de un colector cilindro-parabólico de la empresa Solel)
– La cuestión es que la mayor cantidad de radiación solar llegue hasta ese tubo para que se caliente el fluido.
Eso es. Por un lado hay que conseguir que los espejos reflejen lo más posible. Y que los materiales que encierran el fluido recojan la mayor cantidad de radiación.
– ¿Cómo se ha conseguido que los espejos mejoren su rendimiento?
Se han hecho varias mejoras. Por un lado está el peso. Cualquier instalación de energía solar térmica de media o alta temperatura para la producción de electricidad requiere colectores grandes y pesados; para moverlos constantemente buscando el sol hay que hacerlo con mecanismos complicados y pesados. El primer encargo que me hicieron hace diez años fue precisamente fabricar espejos que no tuvieran vidrio, el principal culpable del peso de los colectores.
– ¿Y lo ha logrado?
Sí. En 1995 conseguimos un espejo que sólo tenía una fina capa de plata sobre un sustrato de aluminio de 0,1 mm de espesor. Al no tener vidrio por encima fue imprescindible proteger la plata con una capa de sílice de 200 nanómetros (1 milímetro es igual a 1 millón de nanómetros), de lo contrario la plata se oscurece enseguida con los sulfuros del ambiente. Por tanto, el sílice sustituía al vidrio y, lo que es más importante, habíamos conseguido un panel 40.000 veces más fino, que mejora la reflectancia de la radiación solar del 93% al 97%, cuando la reflectancia teórica máxima que se puede lograr está calculada en un 97,5%.
– ¿Dónde está la clave para conseguir esos resultados?
El secreto está en una técnica llamada sol-gel, que consiste en bañar los distintos componentes de los colectores solares en una disolución que contiene los precursores de los recubrimientos de sílice empleados. Luego pasan a un horno donde se densifican esos recubrimientos a 500 grados centígrados. Hasta ahora, el recubrimiento de nuevos materiales se hacía mediante pulverización catódica, que permitía sólo depositar algunos materiales ya que, con muchos otros, fallaban sus propiedades. Aunque alguno de los máximos expertos en la técnica del sol-gel, como J. Brinker, habían asegurado que no funcionaría, yo lo utilicé por primera vez en aplicaciones de energía solar térmica y es evidente que ha funcionado.
– Superado el problema de los espejos, había que trabajar con los antirreflectantes. ¿Cómo ha conseguido mejorar la transmitancia de la cubierta de vidrio que encierra el tubo de acero con el fluido?
Desarrollando un recubrimiento de sílice porosa que es extraordinariamente fino, del orden de 100 nanómetros. El resultado es que esa cubierta de vidrio, que tenía pérdidas por reflexión de la luz está recubierta ahora de un material antirreflectante que ha aumentado la transmitancia de la radiación solar del 92% al 97 %. Lo concluimos el año pasado y ahora estamos tratando de mejorar el tubo de acero al carbono para que absorba el máximo de energía y lo transmita al fluido. Ya hemos conseguido buenos resultados con sol-gel pero en breve, mejoraremos los máximos rendimientos que se han alcanzado en el mundo.
– ¿Son significativas esas mejoras de 4 ó 5 puntos?
Absolutamente. Basta pensar que son puntos de mejora en una parte del proceso –la reflectancia de los espejos–, que hay que sumarlo a los puntos de mejora en la antirreflectancia del mecanismo que guarda el fluido en su interior. Al final, la mejora de los rendimientos es muy grande.
– Aparte de nuevos materiales, ¿en qué líneas de investigación debería trabajarse para mejorar las aplicaciones de la energía solar térmica de media y alta temperatura?
Creo que es fundamental desarrollar turbinas que funcionen con temperaturas de unos 400°. Dicho de otra manera, habría que empezar a sacar partido a estas temperaturas medias, lo que permitiría disminuir mucho los costes de cualquier instalación de energía solar térmica para producción de electricidad.
Ángel Morales Sabio: 91 346 64 47. E-mail: angel.morales@ciemat.es. Internet: www.ciemat.es
