Nanoneedles ultra-negras absorben el 99.5% de la luz para torres solares

Investigadores del grupo de Propiedades Termofísicas de Materiales de la Universidad del País Vasco (EHU) analizaron la capacidad de las nanoneedles de cobre cobalto ultra-negras para absorber energía solar de manera efectiva. Los resultados mostraron que estas nuevas nanoneedles poseen excelentes propiedades térmicas y ópticas, siendo particularmente adecuadas para la absorción de energía. Este avance podría allanar el camino hacia el uso de energía solar concentrada en el ámbito de las energías renovables.

Las pruebas se realizaron en un laboratorio especializado con capacidad para llevar a cabo investigaciones a altas temperaturas. Los resultados fueron publicados en la revista Solar Energy Materials and Solar Cells.

La energía renovable del futuro se basa en la energía solar concentrada, ya que permite almacenar energía térmica de manera eficiente. A pesar de que históricamente ha sido más costosa y compleja que la energía fotovoltaica, en los últimos años se han logrado avances significativos en esta tecnología, y las plantas de energía solar concentrada se están expandiendo en varios países como recurso para un futuro sostenible.

Según Iñigo González de Arrieta, investigador del grupo de Propiedades Termofísicas de Materiales, "Estamos explorando materiales ultra-negros para su uso en torres solares". En plantas de este tipo, la energía solar se dirige mediante espejos hacia una torre que absorbe la energía.

"Cuanto más efectivos sean los materiales de absorción, más competitivos serán los sistemas, abriendo oportunidades para este tipo de energía", afirmó el Dr. González de Arrieta. Utilizando equipos de última generación creados en el laboratorio de la EHU, "realizamos análisis termo-ópticos para medir las propiedades de absorción de las muestras que recibimos. A nivel internacional, hay pocos laboratorios dedicados a la investigación a altas temperaturas".

Los investigadores de la EHU llevaron a cabo la caracterización termo-óptica de las nanoneedles de cobre cobalto patentadas por la Universidad de California San Diego. "Observamos que estas nanoneedles de cobre cobalto superaron el rendimiento de los nanotubos de carbono utilizados hasta ahora, y que estas nanoneedles funcionaron aún mejor cuando se recubrieron con óxido de zinc", explicó el Dr. González de Arrieta.

El objetivo es lograr una absorción máxima en la torre; por eso, los materiales de absorción deben ser ultra-negros. Los materiales más oscuros actualmente disponibles en el mercado están compuestos por nanotubos de carbono alineados verticalmente.

A pesar de que estos materiales tienen índices ópticos adecuados y geometrías de atrapamiento de luz muy adecuadas, "los nanotubos de carbono no son estables a altas temperaturas y en presencia de alta humedad. Por lo tanto, necesitan ser recubiertos con materiales más resistentes, lo que reduce su optimización", explicó el Dr. González de Arrieta. "Los nanotubos de carbono absorben alrededor del 99% de la luz, pero no se pueden utilizar en torres solares".

Por lo tanto, consideró que las nanoneedles de cobre cobalto representarían un gran avance: "Son mucho más estables a altas temperaturas y, además, las nanoneedles recubiertas con óxido de zinc tienen una mayor absorción que los nanotubos utilizados hasta ahora. Los materiales (silicio negro) actualmente utilizados en torres solares absorben el 95% de la luz; sin embargo, las nanoneedles de cobre cobalto absorben el 99% de la luz, y las recubiertas con óxido de zinc incluso más, un 99.5%", explicó el Dr. González de Arrieta.

El Dr. Renkun Chen de la Universidad de California San Diego está colaborando con el Departamento de Energía de EE. UU. para comenzar a utilizar nanoneedles de cobre cobalto recubiertas con óxido de zinc dopado en torres solares, "pero no sabemos cómo terminará eso, dada la situación de incertidumbre en EE. UU.", explicó el investigador.

Las plantas de torres solares están ubicadas en Andalucía y en algunos desiertos alrededor del mundo. En España, solo el 5% de la energía proviene de esta tecnología. El investigador dejó en claro que "impulsar esta energía renovable" es de suma importancia "porque ofrece muchas ventajas: es totalmente limpia y también se puede utilizar cuando no brilla el sol".

El calor del sol absorbido en las torres se almacena como energía térmica: "El calor del sol se utiliza, sobre todo, para fundir ciertas sales específicas. La sal fundida retiene el calor muy bien, y luego es mucho más fácil reintegrar esa energía térmica nuevamente a la red eléctrica".

El Dr. González de Arrieta enfatizó la necesidad de seguir desarrollando y caracterizando nuevos recubrimientos con mejores propiedades ópticas para su uso en torres solares. Agregó que en el futuro podría haber una oportunidad de seguir explorando las posibilidades de recubrir las nanoneedles con materiales que ofrezcan una mejor conductividad.

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