🌙 ¿Y si pudiéramos aprovechar la energía solar... de noche?

Cada noche, el calor que el Sol entregó a la Tierra durante el día vuelve a irradiarse hacia el frío vacío del espacio en forma de luz infrarroja. Esa "energía que se escapa" pasó desapercibida durante mucho tiempo, hasta ahora. Con los mismos materiales de las gafas de visión nocturna, un equipo de científicos ha construido un dispositivo que genera electricidad a partir de esa radiación infrarroja invisible. Bienvenidos a la era de la "energía solar nocturna".

Paneles solares al revés

Un equipo de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), en Sídney, Australia, ha desarrollado un "diodo termorradiativo": un dispositivo que funciona con el principio exactamente opuesto al de un panel solar convencional.

Un panel solar tradicional genera electricidad absorbiendo fotones del Sol, un objeto muy caliente. El diodo termorradiativo hace lo contrario: genera electricidad emitiendo fotones infrarrojos hacia un entorno mucho más frío, el espacio exterior.

"Si miras la Tierra de noche con una cámara infrarroja, brilla", explica el profesor Ned Ekins-Daukes, que dirige el equipo de la UNSW. "Es porque la Tierra está radiando calor hacia el universo frío."

Ambas tecnologías explotan lo mismo: una diferencia de temperatura. El panel solar aprovecha la brecha entre el Sol caliente y el panel, relativamente frío, en la superficie terrestre. El diodo termorradiativo aprovecha la brecha entre la superficie cálida de la Tierra y el frío extremo del espacio.

De las gafas de visión nocturna a la generación de energía

El diodo emplea telururo de cadmio y mercurio (HgCdTe), el mismo semiconductor que llevan las gafas de visión nocturna. Detecta muy bien la radiación infrarroja y se usa desde hace décadas en equipos de visión nocturna militares y civiles.

En 2022, el equipo de la UNSW logró una primicia mundial: demostrar de forma directa que se puede generar electricidad a partir de la emisión infrarroja. En el experimento obtuvieron 2,26 milivatios por metro cuadrado a partir de una diferencia de temperatura de apenas 12,5 °C.

Es unas 100.000 veces menos que un panel solar convencional, más o menos lo justo para mover un reloj de pulsera digital con el calor del cuerpo. Aun así, los investigadores creen que, con la optimización adecuada, la potencia podría llegar a cerca de una décima parte de la de un panel solar.

Por qué el espacio es el campo de pruebas ideal

En la Tierra, el vapor de agua y el dióxido de carbono de la atmósfera absorben radiación infrarroja, reducen la diferencia de temperatura entre el suelo y el cielo nocturno y limitan la eficiencia. En el vacío del espacio no hay atmósfera que estorbe.

Los satélites en órbita terrestre baja son el caso más prometedor a corto plazo. Completan una órbita cada 90 minutos y pasan unos 45 en la oscuridad. Hoy, unas baterías cargadas durante la fase iluminada los mantienen en funcionamiento durante el eclipse. Un diodo termorradiativo laminado sobre la superficie de la nave podría aportar energía auxiliar incluso a oscuras.

El potencial es aún mayor en el espacio profundo. Los vehículos que recorren las regiones permanentemente en sombra de la Luna y las sondas lejanas dependen de generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG), que convierten en electricidad el calor de la desintegración radiactiva, normalmente de plutonio. Esos equipos pesan unos 45 kilogramos y ocupan cerca de 200 litros. El diodo termorradiativo ofrece una alternativa más ligera y sencilla que podría cambiar el diseño de las naves.

El camino hacia el uso comercial

El equipo de la UNSW trabaja actualmente en un proyecto financiado por la Fuerza Aérea de Estados Unidos para optimizar el diodo con destino a satélites en órbita baja, y prepara una demostración de vuelo espacial, un hito que podría impulsar con fuerza el uso práctico de la tecnología.

En la Tierra, entre las aplicaciones posibles están la generación de energía en desiertos con grandes contrastes térmicos entre el día y la noche, y los dispositivos ponibles que funcionan con el calor corporal. Alimentar algo tan pequeño como un reloj de pulsera ya está al alcance.

La comercialización todavía enfrenta obstáculos. El HgCdTe es caro, así que hay que rebajar los costes de fabricación. El equipo estudia materiales más cercanos a los de los paneles solares habituales, lo que permitiría compartir líneas de producción y abaratar el proceso.

Ekins-Daukes prevé que la comercialización podría llegar en cinco años: "Si la industria ve que es una tecnología valiosa para ellos, el progreso puede ser muy rápido." Para el espacio profundo, en cambio, el doctor Geoffrey Landis, del Centro de Investigación Glenn de la NASA, advierte que hace falta más trabajo para asegurar que los semiconductores soporten las altas temperaturas de las fuentes de calor de radioisótopos.

Más allá de "el sol no genera de noche"

Los diodos termorradiativos convierten en electricidad algo en lo que rara vez pensamos: el calor que la Tierra libera hacia el espacio cada noche. La potencia es minúscula por ahora, pero el espacio podría ser el banco de pruebas que acabe trayendo la idea de vuelta a la Tierra.

Japón lleva años impulsando su propia investigación en Sistemas de Energía Solar Espacial (SSPS), pero la idea de aprovechar la energía "que se escapa" resulta novedosa. ¿Y en tu país? ¿Hay debates o proyectos sobre generar energía después del anochecer?

Referencias