La energía solar es, con permiso de la eólica, la renovable que más y mejor ha despuntado en la transición energética a escala global. Ya hay parques solares todos los sitios: desde campos que llenan la España vaciada a desiertos pasando por la meseta tibetana y también en alta mar o en lagos. Y aunque la tecnología más común es el silicio cristalino, la perovskita es la gran promesa. Hay una razón de peso para apostar por la perovskita: una eficiencia récord certificada en laboratorio de hasta un 26%.
Sin embargo, un despliegue a gran escala de celdas solares de perovskita requiere un suministro sostenible y a gran escala de yoduro de plomo de alta pureza. Con el plomo hemos topado: un elemento tóxico cuya minería no es sostenible precisamente. En el lado no tan bueno, reciclarlo a los niveles de pureza requeridos es todo un reto técnico que un equipo de investigación alemán del Instituto Helmholtz de Erlangen-Núremberg acaba de resolver. Y de qué manera: han logrado convertir balas de mosquete del siglo XVII en células solares de alto rendimiento.
La idea. Consiste en un proceso de suprarreciclaje (upcycling) en dos etapas: primero una ruta electroquímica no acuosa y luego una purificación mediante la cristalización de monocristales, bastante diferente a los métodos tradicionales basados en ácidos fuertes y grandes volúmenes de agua.
Para demostrar lo robusto de su método, el equipo empleó balas de plomo de los siglos XVI y XVII como materia prima, un material verdaderamente complicado en tanto en cuanto contiene residuos de carbono, inclusiones metálicas y pátina de oxidación. Si el proceso puede limpiar este tipo de residuo histórico, puede prácticamente con todo lo que le echen (obviamente, con cualquier residuo de plomo).
El reciclaje de balas para convertirlas en células solares transforma los residuos de plomo en una fuente de energía limpia.
Por qué es importante. Las células solares de perovskita necesitan yoduro de plomo extraordinariamente puro, y conseguir ese nivel de pureza a partir de residuos contaminados era hasta ahora un reto sin solución práctica que esta investigación ha resuelto: el equipo fabricó células solares con su material reciclado y obtuvo un 21% de eficiencia, prácticamente idéntico al 22% de los dispositivos fabricados a partir de síntesis industrial.
Más allá del resultado técnico, el proceso resuelve dos problemas a la vez: ofrece una vía para abastecer la enorme demanda de yoduro de plomo que generará el despegue de las células solares de perovskita sin recurrir a nueva minería y al mismo tiempo elimina un contaminante tóxico cuya gestión actual es costosa y ambientalmente problemática.
Contexto. Como ya pincelábamos más arriba, el plomo es un residuo abundante: procede de baterías de coche usadas, chatarra electrónica, materiales de construcción o munición, entre otros. El reciclaje del plomo está dominado por las baterías de automóvil, que tienen tasas de recuperación altísimas en países desarrollados. El problema está en el resto: en 2018 solo se recuperó el 48% del plomo residual mundial al final de su vida útil y en flujos más dispersos como la electrónica o la construcción, la recuperación es aún menor.
El reciclaje convencional devuelve plomo de grado metalúrgico, útil para baterías y aleaciones, pero muy lejos de lo que exige la industria solar. Además, son procesos lentos que generan gases tóxicos como óxidos de nitrógeno y grandes cantidades de aguas residuales contaminadas, hasta 70 litros por kilogramo de yoduro de plomo producido. Los métodos de purificación tradicionales a alta temperatura son costosos y complejos. Hacen falta métodos de extracción y purificación más robustos, adaptables y limpios para que la tecnología de perovskita pueda escalar de verdad.
Cómo lo hacen. Las balas se limpian con ácido nítrico diluido, se funden y se moldean como varillas que funcionan de electrodos en una celda electroquímica con acetonitrilo y yodo disuelto. Al aplicar corriente, el plomo reacciona directamente con el yodo y precipita como yoduro de plomo con un 94% de eficiencia. Hacerlo así, en un medio no acuoso, es una decisión deliberada para evitar introducir impurezas que acelerasen la degradación de la perovskita.
El yoduro de plomo resultante todavía contiene impurezas metálicas, de modo que así no vale para células solares. Por eso se somete a una segunda etapa de purificación mediante cristalización a temperatura controlada durante unas 70 horas. El proceso es excepcionalmente selectivo: al crecer el cristal, expulsa metales contaminantes como la plata o el cobre, elevando la pureza del material a niveles comparables o incluso superiores a los del estándar comercial de máxima calidad.
Sí, pero. El proceso funciona y los resultados son sólidos, pero la escala importa: a nivel de laboratorio la productividad es de apenas 0,05 gramos por hora y cada ciclo de purificación dura unas 70 horas. El salto a escala industrial exige resolver la recuperación de disolventes orgánicos, controlar la pasivación de los electrodos y mejorar sustancialmente la productividad del proceso.
El equipo de investigación no lo oculta: la química está demostrada, pero el trecho desde el laboratorio hasta una planta de producción real es largo y será el que determine si acabamos viendo paneles de perovskita fabricados con plomo reciclado o si esto queda como un paper brillante en un cajón.
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La noticia
Alemania ha encontrado una fuente de perovskita para paneles solares en un lugar insólito: balas del siglo XVII
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Xataka
por
Eva R. de Luis
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