En un país como Chile, que posee la mayor radiación solar del mundo y condiciones excepcionales de cielos despejados, el desarrollo de tecnologías para almacenar de manera más eficiente la energía representa una oportunidad estratégica. Un mejor sistema de almacenamiento térmico permitiría aprovechar al máximo este recurso natural, potenciando la instalación de plantas solares de próxima generación y fortaleciendo la autonomía energética del país.
El reciente estudio publicado en la revista Solar Energy Materials & Solar Cells reveló que materiales bidimensionales conocidos como MXenes pueden aumentar la estabilidad térmica de las sales fundidas, —también conocidas como sales solares—, utilizadas en las plantas de concentración, mejorando su capacidad para almacenar energía y resistir a las altas temperaturas.
El trabajo, liderado por la Dra. Fabiola Pineda, contó con la participación de los investigadores Dr. Andreas Rosenkranz director de Núcleo Milenio AMXSA y académico del Departamento de Ingeniería Química, Biotecnología y Materiales de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM); el Dr. Darío F. Zambrano, investigador de FCFM; y los académicos José Rogan, Juan Alejandro Valdivia y Max Ramírez del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile.
Las plantas solares de concentración (CSP) destacan por su capacidad de generar electricidad de manera continua, debido a sales fundidas que almacenan grandes cantidades de calor. No obstante, estas sales presentan una limitación importante: comienzan a degradarse cerca de los 585 °C, reduciendo su eficiencia y acelerando la corrosión de componentes esenciales.
MXenes: materiales bidimensionales
Frente a este desafío, el equipo de investigadores evaluó una nueva alternativa: la incorporación de MXenes, materiales bidimensionales compuestos por capas atómicas ultradelgadas.
El Dr. Andreas Rosenkranz (FCFM), especialista y quien trajo este nanomaterial a Chile, explica: “Los MXenes, en estricto rigor, uno debe pensar en un material laminado, por ejemplo, un mazo de cartas. Muchos hablan de materiales laminados, pero en el caso de los MXenes, la química es un poco más compleja”.
Su estructura les otorga propiedades térmicas y químicas difíciles de encontrar juntas en otros aditivos nanométricos. Además, tienen una gran ventaja frente a los materiales utilizados tradicionalmente: estos no se aglomeran, un problema frecuente cuando se trabaja con nanopartículas.
Estas características los convierten en un candidato ideal para mejorar el comportamiento térmico de las sales solares.
Más temperatura, más almacenamiento térmico
Al incorporar pequeñas cantidades de MXenes en la sal solar, el equipo observó mejoras significativas: el material fue capaz de resistir hasta 610 °C antes de degradarse, aumentó la capacidad de almacenamiento de calor, un parámetro crítico para plantas CSP, y además no se alteró el punto de fusión, lo que facilita su uso industrial.
El Dr. Juan Alejandro Valdivia explicó: “Nosotros planteamos una hipótesis para ver si efectivamente se podría observar en el resultado de los experimentos y funciona”, respecto de los resultados de la investigación.
A su vez, Rosenkranz complementó: “Es muy satisfactorio y sorprendente cuando hay coincidencias entre el trabajo experimental y el numérico, por el hecho de que es algo muy complicado”.
El trabajo interdisciplinario fue un elemento central del avance. El Dr. Max Ramírez, encargado de las simulaciones computacionales, subraya lo desafiante y enriquecedor de esta agrupación: “Somos de áreas distintas y a veces una palabra para todos puede tener un diferente significado y debemos concordar en qué es lo que queremos”, declaró.
La investigadora principal, Dra. Fabiola Pineda, enfatiza que este es un proyecto a largo plazo: “Entre todos se generó una sinergia muy significativa. Nuestro objetivo final es llevar esta investigación al mundo real y transferir este conocimiento a la sociedad”.
Si bien los resultados son alentadores, el equipo advierte que aún es necesario evaluar la estabilidad del material a escala industrial y bajo condiciones reales de operación. Asimismo, remarcan la urgencia de seguir desarrollando tecnologías de energía renovable y sustentable, especialmente en un contexto global marcado por temperaturas récord y creciente demanda de soluciones energéticas limpias.