El Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat) coordina Solengraf, un proyecto del Plan Estatal orientado a obtener materiales grafénicos reciclados a partir de residuos y aplicarlos en tecnologías de generación y almacenamiento de energía. La iniciativa, denominada Materiales Grafénicos Procedentes de Residuos para Aplicaciones Energéticas Renovables, busca evaluar la eficiencia, la viabilidad técnica y económica, y el potencial de circularidad de estos materiales en el marco de las energías limpias.
El consorcio está formado por grupos multidisciplinares del Ciemat y por el ISOM, instituto multidepartamental de investigación ubicado en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). El trabajo se centra en sintetizar materiales relacionados con el grafeno procedentes de residuos reciclados, identificados como r-GRMs, para integrarlos en dispositivos energéticos y comparar su comportamiento con materiales obtenidos a partir de grafito puro.
Materiales grafénicos reciclados para energía solar y almacenamiento
El Ciemat desarrolla el proyecto mediante la participación de cinco unidades con funciones diferenciadas. La Unidad de Espectroscopía (DQ) dirige la síntesis química de materiales grafénicos reciclados, entre ellos óxido de grafeno, aerogeles y tintas conductoras obtenidas a partir de residuos de baterías. La Unidad de Dispositivos Energéticos y Ambientales (UDEA) trabaja en su incorporación a células solares de tercera generación con el objetivo de sustituir metales críticos como el platino.
La validación eléctrica de los dispositivos se realiza en colaboración con la Unidad de Electrónica (UE). Por su parte, la Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos (UASE) mide la sostenibilidad y la circularidad del proceso mediante estudios de Análisis de Ciclo de Vida (ACV), mientras que la Unidad de Desarrollo de Aplicaciones y Sistemas Informáticos (UDASI) gestiona la infraestructura digital destinada a la transferencia de conocimiento y a la difusión de resultados.
Solengraf articula el uso de los r-GRMs en tres ámbitos tecnológicos. En energía solar fotovoltaica, el proyecto plantea nuevas arquitecturas para dispositivos de tercera generación con el fin de mejorar su sostenibilidad, reducir costes, incrementar la eficiencia y reforzar aspectos como la estabilidad química. En almacenamiento de energía, la investigación se orienta al desarrollo de supercondensadores de doble capa con alta densidad de potencia y larga vida útil mediante espumas de grafeno 3D.
La tercera línea de aplicación se centra en la separación de gases. En este caso, el proyecto contempla la fabricación de membranas nanoporosas para procesos industriales de alta eficiencia, como la purificación de hidrógeno y la captura de carbono, con la finalidad de reducir el consumo energético respecto a métodos convencionales.
Análisis de ciclo de vida y reducción de materias primas críticas
Alumnos en prácticas de distintas universidades madrileñas han participado en los trabajos bajo la supervisión del equipo investigador del Ciemat. Su contribución se ha concentrado especialmente en la línea fotovoltaica, donde se han logrado avances en la obtención de fotoánodos basados en óxidos metálicos dopados con r-GRMs, sintetizados químicamente y depositados mediante spin-coating, con potencial para aumentar la eficiencia de los dispositivos.
También se están desarrollando contraelectrodos alternativos al platino mediante materiales grafénicos reciclados fabricados por electrodeposición y mediante láminas delgadas de grafito obtenidas por pulverización catódica en equipos de UDEA. Esta vía pretende reducir costes y mejorar la estabilidad electroquímica a largo plazo frente a la corrosión del electrolito.
El proyecto incorpora un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) exhaustivo y el cálculo de indicadores de circularidad. La comparación entre r-GRMs y materiales procedentes de grafito puro permitirá evaluar el rendimiento de los recursos reciclados frente a materias primas convencionales, así como estimar su contribución a la reducción de la huella ambiental global.
El proyecto Solengraf se alinea con las directrices del Pacto Verde Europeo y con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de Naciones Unidas al orientar la investigación hacia soluciones energéticas basadas en economía circular y con menor dependencia de materias primas críticas.