Dr. Manuel Ignacio Peña Cruz

“Cátedras Conacyt, una breve relatoría sobre los objetivos de mi proyecto y su impacto.”

Fecha: 31 de Marzo de 2021

Edición: Marzo 2021 No. 26

Manuel Peña | Hacemos ciencia para ti | Visto 1245 veces

Grupo de Investigación e Ingeniería en Energía Solar (GIIE-SOL)

El programa de Cátedras Conacyt nace formalmente enel año 2014 con la intención de dar un espacio de trabajo a jóvenes investigadoras e investigadores destacados en universidades y centros públicos públicos de investigación. Es así que en 2015, resulté seleccionado para ocupar una Cátedra Conacyt adscrita al CIO-Unidad Aguascalientes bajo el Proyecto 1224: “CENTRO DE DESARROLLO DE TECNOLOGÍAS DE CONCENTRACIÓN SOLAR PARA LA GENERACIÓN DE CALOR, ELECTRICIDAD Y COMBUSTIBLE”.

Desde su concepción, los proyectos aprobados han estado orientados a atender necesidades de salud, medio ambiente y energía. El proyecto 1224 recae en este último tema. El propósito general del proyecto se basa en la investigación, desarrollo e innovación (I+D+I) de sistemas solares a escala laboratorio, prototipo y planta piloto para aplicaciones de calor solar en procesos industriales, generación de electricidad y la producción de combustibles alternativos. Cabe destacar que una de las muchas virtudes del programa de Cátedras es que orienta los esfuerzos de investigación hacia la solución de problemáticas sociales e industriales en el contexto de las necesidades del país. Así pues, en los objetivos generales del proyecto se busca la implementación de tecnologías solares para solventar necesidades de energía en la industria y la sociedad. A continuación, se ejemplifican tan solo algunos de los productos obtenidos derivados del proyecto de Cátedras.

Figura 1. Simulador Solar de Alto Flujo Radiativo (SSAFR) desarrollado por el CIO - Unidad Aguascalientes

Se desarrolló, desde su etapa de diseño, hasta su construcción, un Simulador Solar de Alto Flujo Radiativo (SSAFR) para la evaluación de aplicaciones de generación de calor y combustibles solares. Este SSAFR cuenta con una potencia nominal de 17.5 kW, lo que se traduce en una capacidad de concentración cercana a los ~1,500 W/m2 (o soles), o sea, cerca de mil quinientas veces la energía que recibimos del sol en un m2 de nuestro patio en un día soleado. Este equipo, es único en el país (ver Figura 1).

Se desarrollan además sensores inteligentes como medio para la cuantificación de la irradiancia solar mediante metodologías de visión artificial (ver Figura 2). El desarrollo de este tipo de herramientas es fundamental para disminuir la variabilidad en la generación eléctrica de las plantas fotovoltaicas y termosolares producto de la variabilidad del recurso solar, y con ello identificar estrategias de suministro que mejoren considerablemente la introducción de fuentes de energía solar a la red eléctrica nacional, permitiendo un sistema eléctrico más robusto, menos propenso a sobrecargas y disminuyendo los costos de generación eléctrica solar aún más.

Si bien se busca que la mayoría de los proyectos desarrollados sobre el proyecto macro de Cátedras Conacyt tengan un impacto significativo social o industrial, quisiera destacar el siguiente proyecto. El desarrollo de un recubrimiento absorbedor solar tiene que cumplir con una serie de características para su viabilidad, por ejemplo: que tenga buena absortividad solar y baja emitancia en el infrarrojo, que sea fácilmente accesible, que se pueda depositar en grandes áreas con técnicas económicas, que su capacidad de adhesión sea buena y que sea ambientalmente amigable, por mencionar algunas.

Figura 2. Sistema VISoN desarrollado de predicción de Irradiancia Solar en horizontes cortos de tiempo “Nowcasting”

Con esto en mente, se desarrolló un proyecto de aprovechamiento de residuos agrícolas de productores locales del cono sur del país (principalmente cooperativas citrícolas del sur de Yucatán, aunque el procedimiento podría extrapolarse a un sin fin de desechos agrícolas), para obtener biomasa precursora y a partir de ello formular recubrimientos solares. Si bien el uso de nanoestructuras de carbón para aplicaciones termosolares es algo que se ha estado estudiando previamente, ninguna de ellas proviene de materiales de desecho. El desarrollo de recubrimientos solares provenientes de biomasa de desecho es un mercado inexplorado a la fecha y que podría impulsar una economía circular para las cooperativas de agricultores locales. Este proyecto, representa un campo de oportunidad para satisfacer las necesidades energéticas de calor de comunidades rurales mediante el uso de materiales y procesos eficientes y accesibles en su propio contexto. El desarrollo de recubrimientos absorbedores solares de bajo costo, sustentables y de fácil aplicación para un desempeño óptico-térmico eficiente en colectores solares, que coadyuven al desarrollo de una actividad económica alternativa a través de la valorización de un residuo agrícola, tiene un impacto positivo en la comunidad. En el proyecto participa activamente la Dra. Nancy González Canché, quien realiza investigación orientada hacia el desarrollo de recubrimientos absorbedores solares dentro del marco del programa Estancias Posdoctorales para Mujeres Mexicanas Indígenas en Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas, así como diversos actores sociales y académicos, en un esfuerzo conjunto (ver Figura 3).

Como se puede apreciar de tan solo algunos ejemplos referidos aquí, los proyectos de Cátedras tienen un impacto significativo sobre los aspectos sociales e industriales del país. En particular, el proyecto al cual me encuentro comisionado ha encontrado un equilibrio entre la ciencia fundamental de frontera y el desarrollo de aplicaciones tecnológicas en atención a las problemáticas sociales e industriales, producto de la investigación. Ha coadyuvado a la formación de recursos humanos altamente especializados, tan necesarios para México, y ha permitido la democratización de la energía. Se podría considerar una opinión muy personal que si bien el programa de Cátedras Conacyt no es un programa perfecto, y siempre es posible su mejora, ha sido un programa muy exitoso que le ha dado espacio laboral a jóvenes científicas y científicos en centros públicos de investigación y en universidades, siempre comprometidos con el desarrollo de ciencia y tecnología en beneficio del país y de su soberanía científica

Figura 3. Cadena de proceso de obtención de soluciones térmicas a partir de recubrimientos absorbedores solares basados en biomasa de desecho