La mayoría de los procesos más importantes del sector energético se producen a escala nanométrica. Tomemos como ejemplo las células solares, donde los fotones pueden liberar electrones de un material, que luego pueden fluir como corriente eléctrica, o la producción de hidrógeno y de combustibles fósiles, donde las reacciones químicas entre átomos y moléculas se aceleran mediante catalizadores. En ambos procesos, la ingeniería a escala nanométrica puede mejorar de forma significativa su eficacia y su eficiencia.
El pasado abril, por ejemplo, científicos de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich anunciaron la creación de nanopartículas de óxido de hierro y níquel que pueden aumentar la eficiencia de la producción de hidrógeno en un factor de 10. La nanotecnología también se está explorando en la industria del petróleo y el gas, donde puede contribuir a aumentar la durabilidad de los equipos de perforación.
Sin embargo, el mayor impacto de las nanotecnologías relacionadas con la energía probablemente se produzca en el ámbito de las energías renovables, donde la nanotecnología podría resultar clave para superar las barreras de coste y de eficiencia. Añadir nanoagujas al silicio negro, por ejemplo, no solo permite fabricar células solares que pueden absorber más luz solar desde un abanico más amplio de ángulos que las tradicionales, sino que también evita la necesidad de un recubrimiento antirreflectante, lo que supone un ahorro de costes. Una nueva clase de nanomaterial (puntos cuánticos) también podría permitir depositar las células solares en forma de solución, como si se imprimiera tinta sobre papel o se pintara una pared. Aunque los niveles de eficiencia todavía no son competitivos (9 % frente al 22 % del silicio negro), la tecnología podría alcanzar teóricamente una eficiencia de conversión del 45 %, y pulverizar células solares sería a la vez más rápido y más barato que fabricarlas a partir de silicio.
La nanotecnología también será importante para aumentar la eficiencia energética, incluida la de los dispositivos electrónicos conectados en red. En 2013, estos aparatos consumieron en conjunto unos 616 TWh, más que el consumo total de electricidad de Alemania. Para 2025, se prevé que esta cifra casi se duplique, hasta alcanzar los 1.140 TWh, según la AIE.
“La única solución para reducir el consumo energético de los circuitos lógicos es encontrar una nueva vía para el escalado de voltaje y un nuevo interruptor energéticamente eficiente”, afirma el profesor Adrian Ionescu, que dirige el NanoLab de la EPFL en Lausana y que es coordinador de dos proyectos financiados por la UE, STEEPER y E2SWITCH, destinados al diseño de transistores de nueva generación.
Los científicos que colaboran en este esfuerzo de nanoelectrónica trabajan en el diseño de novedosos transistores de efecto túnel de campo (TFET) para reducir el voltaje de alimentación de los circuitos integrados a menos de 0,25 voltios. Esto, según afirma el señor Ionescu, podría “reducir el consumo energético de los circuitos lógicos en aproximadamente un factor de 25 y eliminar prácticamente el consumo de energía cuando están en modo pasivo o en espera”. Si esto se consigue, sería todo un avance: el 80 % del consumo eléctrico de los dispositivos de red se produce en modo de espera.
Como señaló Richard Feynman, premio Nobel de Física, en su famosa conferencia de 1959 ante la American Physical Society, “hay mucho espacio en el fondo” cuando se trata de nanotecnología. Más de medio siglo después, esto sigue siendo cierto y constituye una buena noticia para el sector energético.
Esta publicación apareció originalmente en GE LookAhead. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde los puntos de vista expresados.
Para estar al día con la Agenda suscríbase a nuestro boletín semanal.
Autor: Michael Berger es colaborador de GE LookAhead.
Imagen: Se ve una bombilla. REUTERS.
