Andreu Cabot: "La física encara no representa una barrera per a l'eficiència"

Quins són els nous materials que poden millorar l'eficiència energètica? ¿Ens podria enumerar i descriure breument les principals línies de recerca en aquest camp i explicar els avenços o resultats obtinguts fins ara?

En general, cada tecnologia de conversió o emmagatzematge d'energia fa ús de materials amb característiques diferents. En el camp de la fotovoltaica, per exemple, el gran descobriment dels darrers anys han estat uns materials que anomenem perovskites. En molt poc temps, aquests materials han permès fabricar cel·les solars amb eficiències del 15%. Arribar a aquestes eficiències ha costat dècades d'investigació amb materials com el silici, que va ser usat en les primeres cel·les solars i encara domina àmpliament el mercat. Curiosament, el mateix silici, el material més antic en el camp de la fotovoltaica i al qual busquem substituts per fabricar cel·les solars de cost més baix, és -això sí, en la seva forma nanocristal·lina- un dels materials que recentment ha atret més interès en el camp de les bateries d'ió liti, perquè pot emmagatzemar més liti que el liti per ell mateix.

¿La nanotecnologia és la clau de la millora de l'eficiència energètica en el futur? ¿O només una de les claus?

La nanotecnologia en un sentit ampli ja ens proporciona des de fa anys un conjunt de tècniques indispensable per continuar optimitzant materials i dispositius de tot tipus. Es fa difícil avui en dia desenvolupar un nou material o dispositiu de conversió o emmagatzematge energètic sense un microscopi electrònic, per exemple, o sense poder dipositar capes de material amb gruixos controlats a escala nanomètrica. Més enllà, l'ús de materials nanoestructurats pot ser clau en certes tecnologies, com ara la termoelectricitat, però pot tenir un paper més secundari en d'altres, com en la fotovoltaica.

Quins són encara els grans reptes pendents en aquest camp?

Un dels grans reptes en el desenvolupament de dispositius i sistemes de conversió i emmagatzematge d'energia és trobar materials que proporcionin més eficiències de conversió, o capacitats de carrega més elevades i temps de vida mitjana més llargs, i que alhora estiguin formats per elements més abundants i no tòxics i que permetin l'ús de tecnologies més econòmiques per a la seva producció.

Les grans barreres o obstacles per avançar en el terreny que estem comentant, ¿són més de tipus tecnològic o econòmic?

Encara no hem topat amb cap límit fonamental en el desenvolupament de materials o dispositius de conversió i emmagatzematge d'energia. Cada cop es desenvolupen sistemes amb millors característiques i a més baix cost. Però és clar que són els diners invertits els que marquen el ritme d'aquest desenvolupament, i que ens convindria molt que aquest ritme fos alt, ja que ens urgeix trobar alternatives als combustibles fòssils. I alhora a la nostra societat i economia li convé molt no quedar-se enrere en un sector clau com el de l'energia.

Quins són els límits de l'eficiència energètica que planteja la física? ¿En pot donar algun exemple entenedor?

Com comentava just fa un moment, encara estem lluny de topar amb cap límit fonamental. En el camp de la fotovoltaica, per exemple, el límit d'eficiència de conversió d'una cel·la solar es trobaria per sobre del 80%, quan el valor màxim aconseguit és del 45%, mitjançant, això sí, processos caríssims i en dispositius de mida molt reduïda. Tots ens conformaríem a poder produir cel·les amb un 45% d'eficiència a gran escala i preu baix. La física encara no representa una barrera.

Per què resultaria important avançar en l'emmagatzematge de l'energia?

L'emmagatzematge d'energia és el principal repte no resolt tant en la gestió energètica com en el camp del transport. Actualment, a partir dels combustibles fòssils i la hidroelectricitat ajustem la producció d'energia elèctrica a la demanda. Energies renovables com l'eòlica o la solar no permeten tal control de la producció, i l'energia hidroelèctrica per si sola no és suficient. D'altra banda, en el sector transport els combustibles fòssils encara són la font d'energia dominant perquè no tenim prou bones alternatives per a l'emmagatzematge d'energia. I és que el gasoil, per exemple, té una densitat energètica unes cinquanta vegades més gran que les millors bateries, i un tanc de gasoil pot ser omplert i buidat un temps gairebé indefinit de vegades, un avantatge que no permeten les bateries actuals.

¿Veurem com l'automòbil elèctric és el vehicle hegemònic algun dia? ¿O el futur serà més aviat una barreja de cotxes híbrids, d'hidrogen, d'elèctrics i d'altres tecnologies insospitades?

La tecnologia que trobi una solució millor al problema de l'emmagatzematge d'energia serà la que passarà a dominar el mercat. Les actuals bateries elèctriques tenen una capacitat moderada i un temps de vida molt limitat. Avui en dia l'emmagatzematge d'hidrogen tampoc és un problema resolt a un cost competitiu. És probable que els petits vehicles com motocicletes i cotxes utilitaris acabin sent hegemònicament elèctrics, però en el mercat dels grans vehicles -com autobusos, camions i vaixells- l'hidrogen hi pot tenir cabuda.e