Te recomiendo escuchar el episodio T07E03, «El proyecto Zeus», 08 oct 2024 [a partir de 13:31 min], del programa de radio “Ciencia para Todos”, en el que participo junto a Enrique Viguera (Universidad de Málaga), coordinador de Encuentros con la Ciencia. Esta sección semanal del programa “Hoy por Hoy Málaga”, que presentan Esther Luque Doblas y Belén Caballero, se emite todos los martes en la Cadena SER Málaga (102.4 FM) sobre las 13:45 horas.

Entrevistamos al profesor Enrique Barrigón Montañés, del Departamento de Física Aplicada I de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Málaga (UMA), al hilo de la noticia «El proyecto europeo ‘ZEUS’ busca captar energía solar en el espacio de forma eficiente y duradera», Noticas, Universidad de Málaga, 04 oct 2024. «El Laboratorio de Materiales y Superficies de la UMA participa en un consorcio internacional que ha conseguido una de las ocho ayudas ‘Horizon EIC Pathfinder Challenges —In-space solar energy harvesting for innovative space applications’ que se han concedido este año a nivel europeo, con el objetivo de conseguir avances significativos en los ámbitos de la captación y transmisión de energía solar en el espacio y de los nuevos conceptos de propulsión que utilizará esa energía conseguida. Coordinado por la Universidad de Lund (Suecia), el proyecto ‘ZEUS’ —Zero-loss energy harvesting using nanowire solar cells in space— cuenta con una financiación de casi cuatro millones de euros (3 998 622.50 €) para su desarrollo durante los próximos cuatro años».

Puedes escuchar el episodio en Play SER, «El proyecto Zeus», 08 oct 2024 [a partir de 13:31 min].

Belén: La transición energética hacia energías limpias y sostenibles requiere una combinación de múltiples fuentes de energía. La energía solar fotovoltaica es una de ellas, que convierte la luz del Sol en electricidad, y que curiosamente es la manera más usada para proveer de energía eléctrica a los satélites en el espacio. La Universidad de Málaga participa en un proyecto europeo en esta línea. Enrique, Francis, ¿qué nos podéis contar sobre este proyecto?

Enrique: El proyecto europeo se llama ZEUS, siglas en inglés de “Captura de energía sin pérdidas utilizando células solares de nanohilos en el espacio”. Este proyecto está coordinado por la Universidad de Lund en Suecia y está dotado con casi cuatro millones de euros, durante cuatro años, gracias a una financiación  del Consejo de Innovación Europeo (EIC) de la Unión Europea llamada “Horizon Pathfinder Challenges”, que financia proyectos innovadores en el espacio.

Además del grupo de investigación del profesor Enrique Barrigón del Departamento de Física Aplicada I de la Universidad de Málaga, participan el  Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE en Friburgo, Alemania, la Universidad Politécnica de Valencia y el Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística (ITENE), en el Parque Tecnológico de Paterna, cerca de Valencia.

Francis: El objetivo del proyecto ZEUS es desarrollar una nueva tecnología para el desarrollo de paneles solares en el espacio. La tecnología que se usa en los paneles fotovoltaicos espaciales convencionales tiene un gran problema en el espacio, los rayos cósmicos dañan de forma irreparable los paneles solares. Para capturar energía solar en el espacio de forma eficiente y duradera hay que combatir de alguna forma el efecto de los rayos cósmicos.

La propuesta del ZEUS es usar células solares de nanohilos, que son como cables muy delgados con un diámetro de unos 200 nanómetros (el equivalente a unos 1000 átomos de silicio puestos en fila india). Los nanohilos se distribuyen en posición vertical dejando un gran área hueca en medio, lo que reduce el área del panel expuesta a los rayos cósmicos. Así se conseguirá reducir la degradación de los paneles fotovoltaica en el espacio y aumentar su durabilidad.

La gran ventaja de la nanohilos es que tienen un gran potencial para convertir la energía solar incidente con enorme eficiencia, hasta un 40 %, en lugar del 20 % que se logra con las células convencionales de silicio. Como el área expuesta al ambiente altamente agresivo del espacio expuesta por los nanohilos es mucho menor, a priori, todo son ventajas.

Belén: Hoy contamos con el profesor Enrique Barrigón, del Departamento de Física Aplicada I de la Facultad de Ciencias. [Saludos; buenas tardes] Francis nos ha comentado que está investigando en células solares de nanohilos. Profesor, ¿nos podría explicar de forma sencilla de qué material están fabricados estos nanohilos?

Enrique Barrigón: «En primer lugar, una célula solar fotovoltaica es un dispositivo que convierte la luz del sol en electricidad y está fabricada en unos materiales llamados semiconductores. ¿Qué es un semiconductor? Se clasifican los materiales en función de cómo conducen la electricidad. Los semiconductores están a medio camino entre los metales y los aislantes».

«Dentro de los semiconductores hay varias familias, según los elementos químicos que forman el material. El clásico y el que más se usa es el silicio, el material de las células solares fotovoltaicas que usamos en la Tierra y la base de toda la microelectrónica. Hay otras familias, pero los materiales que vamos a usar en este proyecto son semiconductores III-V, que se fabrican combinando elementos de la columna 3 y 5 en la tabla periódica de los elementos». Añado que en concreto usan una triple unión GaInP/GaAs/Ge.

Francis: La eficiencia energética de las células fotovoltaicas de nanohilos alcanzan una eficiencia energética de un 15 %, que es todavía menor que las células de silicio que se usan en el espacio. El proyecto ZEUS propone usar una combinación de varias capas semiconductoras para lograr una eficiencia potencial de hasta un 47 %. De forma muy resumida, Enrique, ¿cuáles son las diferencias entre vuestra tecnología y las tecnologías existentes que permitirán una eficiencia tan alta?

Enrique Barrigón: «Combinamos diferentes materiales semiconductores en una misma célula solar, lo que en el mundo fotovoltaico se llama una célula solar multiunión. Su eficiencia potencial es de hasta un 47 %, desde el punto de vista teórico. Su gran ventaja es que cada material que forma esa célula multiunión se centra en convertir [en energía] una parte del espectro solar, de tal forma que la eficiencia [combinada] es más alta [pues se recoge energía de una región más ancha que cubre casi todo el espectro]. Además, [usamos] células solares de nanohilos [que] tienen una ventaja adicional, ya que la geometría del nanohilo permite combinar una cantidad mayor de materiales diferentes, lo que permite aumentar todavía más la eficiencia».

Francis: ¿Vuestras células solares podrán ver todo el espectro del arco iris de la luz y las células convencionales solo ven una parte del espectro?

Enrique Barrigón: «Así es, la célula solar de silicio, la clásica, la que se utiliza en la Tierra, únicamente absorbe una parte de la radiación incidente».

Enrique: La energía solar requiere el uso de enormes paneles solares. Instalar dichos paneles en el espacio es muy costoso. Enrique, ¿qué ventajas tienen los paneles de nanohilos a la hora de rebajar los costes de su instalación en el espacio?

Enrique Barrigón: «Si queremos llevar una célula solar al espacio, por lo costoso que es, lo que se prefiere es una célula solar con la mayor eficiencia posible. Pues a mayor eficiencia obtienes la potencia [eléctrica] que necesita tu satélite, pero con un menor área de panel solar. Por otro lado, la geometría de los nanohilos hace que solo sea necesario cubrir el 10 % de la superficie con nanohilos, porque absorben muy bien la luz que incide sobre la superficie. Todo esto supone un ahorro bastante importante de material, que al final también impacta con el coste».

«En el proyecto ZEUS también vamos a estudiar maneras para colocar estos nanohilos en sustratos flexibles. ¿Para qué servirá? En primer lugar, para reducir el peso, pues cuesta muchos dólares por gramo subir cualquier tipo de material al espacio. Y además de reducir el peso, si consigues que ocupe menos volumen cuando se colocan en [la cofia del cohete] lanzador, también se reduce el coste total de esa tecnología solar».

Belén: En el proyecto ZEUS colaboran cinco grupos de Suecia, Alemania, Valencia y Málaga. Profesor, ¿qué es parte del proyecto se va a realizar en Málaga?

Enrique Barrigón: «En Málaga nos vamos a centrar en la caracterización avanzada de estos dispositivos, que son estructuras muy complejas. El mayor reto es que se trabaja en la escala de los nanómetros. La idea es extraer toda la información posible de estos dispositivos mediante esta caracterización para, de alguna manera, realimentar la fabricación que tiene lugar en Suecia, en Lund. Y luego aparte de esta caracterización avanzada también nos vamos a enfocar en realizar ensayos específicos para poder evaluar la resistencia en el entorno espacial».

Enrique: «¿Dentro del proyecto ZEUS entra también en juego la posibilidad de llevarlo en el espacio? ¿Está programado?»

Enrique Barrigón: «La idea es hacer un desarrollo a nivel de prototipo en la Tierra. Y por supuesto, si los resultados son buenos y el proyecto fuera un éxito, sería maravilloso poder llegar a plantearnos como colocar uno de estos dispositivos multiunión en el espacio. Nos encargaríamos, me imagino, a través de la Agencia Espacial Europea (ESA) de dar todos los pasos necesarios para poder probar esta tecnología en el espacio en condiciones reales».

Belén: Todos podemos imaginar enormes paneles solares en el espacio recogiendo la energía del Sol. Pero, profesor, ¿se puede enviar dicha energía desde el espacio hasta tierra firme para su uso por parte de las personas? ¿En el proyecto ZEUS también se estudiará como lograrlo?

Enrique Barrigón: «En esta convocatoria específica no se estudia la transmisión de energía desde el espacio a la Tierra, sino más bien la transmisión de energía en el espacio, de satélite a satélite. Y en concreto, el objetivo de uno de los socios de este proyecto es desarrollar la tecnología electrónica necesaria para poder realizar ese envío de energía. Y esa electrónica, por supuesto, se va a basar también en nanohílos».

«Para mandar energía del espacio a la Tierra hay programas muy ambiciosos, tanto en la Agencia Espacial Europea como en Estados Unidos, como en China. Uno de los problemas de la energía fotovoltaica en la Tierra es que por la noche un panel fotovoltaico no produce electricidad. En cambio, en el espacio se podría recolectar energía y mandarla a la Tierra durante las 24 horas. ¿Cómo mandar esa energía [a la superficie]? Se están proponiendo diferentes métodos, basados en microondas o con láser, para mandar esa energía con esas grandes distancias y sin ningún tipo de cable».

Enrique: «Yo pienso siempre en mis estudiantes. ¿Algún estudiante que de repente se quede maravillado con este proyecto y quisiera participar de alguna forma?» ¿Está abierto el proyecto ZEUS a la entrada de nuevos miembros del equipo investigador?

Enrique Barrigón: «Si hay algún oyente recién licenciado que se quede maravillado y que tenga interés en enfrentarse a los grandes retos que supone el desarrollo de nuevas tecnologías para aplicaciones espaciales, pues sin duda que se ponga en contacto conmigo. Considero que tengo una gran suerte de poder contar con esta financiación para poder contratar personal. Para los investigadores este tipo de financiación es la que más cuesta conseguir. En concreto, tengo planificado contratar a una persona para realizar los estudios doctorales durante 4 años y también tengo la financiación para contratar a una persona para que haga su postdoc, sus estudios postdoctorales durante 2–3 años».

Belén: «Quedarían muchísimas preguntas por hacer, pero ya no tenemos tiempo. Yo al menos ya me enteré un poquito más de los nanohilos y todo lo que es el proyecto ZEUS, que era uno de los objetivos. Vamos a despedir al profesor Enrique Barrigón del Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias que nos haya atendido». [Despedida y cierre].