Descubriendo fuentes de energía: La ciencia encuentra soluciones sostenibles en todo el mundo

Estamos familiarizados con la generación de energía del sol y el viento, pero la próxima generación de energía podría provenir de la oscuridad y otras fuentes sorprendentes.

El futuro de la generación de energía incluirá muchos dispositivos en el hogar y la oficina que se alimentan a sí mismos, en su totalidad o en parte, utilizando la energía disponible en el medio ambiente. Complementarán la red eléctrica tradicional , liberándola de la necesidad de generar energía y haciendo que todo el sistema sea más resistente.

Los recientes avances en el campo de la captura de energía han abierto nuevas puertas en la generación eléctrica. Ya sea por la luz ambiental, el calor de la maquinaria o la electrónica, o incluso la oscuridad de la noche, se abren nuevos caminos para las fuentes de energía.

Células solares de interior

No hace falta el sol para alimentar un panel fotovoltaico; la luz ambiental interior se está aprovechando en el laboratorio y pronto podría proporcionar energía a los electrodomésticos y la iluminación. Las células solares orgánicas a pequeña escala pueden captar luz en múltiples longitudes de onda diferentes. Es concebible que una bombilla pueda ser parcialmente autoalimentada, generando electricidad a partir de la luz que emite en una segunda celda solar pequeña sobre la bombilla o cerca de ella.

Cómo funciona: una capa absorbente de luz hecha de materiales se puede ajustar para capturar la energía de muchas longitudes de onda de la luz disponible, no solo la luz solar. Los científicos han determinado que una combinación específica de estos materiales puede absorber la luz ambiental interior para alimentar las bombillas LED.

Investigadores de la Universidad de Linköping desarrollaron recientemente una nueva forma de celda solar orgánica que absorbe la luz ambiental interior a niveles que pueden generar electricidad. Estas células solares orgánicas son flexibles, baratas y fáciles de fabricar a granel. La tecnología sigue mejorando. Actualmente puede proporcionar más de un voltio de salida eléctrica durante más de 1000 horas usando luz ambiental. Por ejemplo, la luz de una habitación puede alimentar pequeños dispositivos. Teniendo en cuenta la cantidad de luz ambiental interior que se produce artificialmente, estas células solares son una nueva forma prometedora de recuperación de energía.

Células de poca luz/nocturnas

Aunque pensamos en la luz como una fuente de energía, la oscuridad también está llena de energía. Una nueva generación de producción de energía a pequeña escala podría provenir del enfriamiento de materiales que acumulan calor durante el día.

Cómo funciona: un material oscuro acumula calor durante el día y, a medida que se enfría, lo que se conoce como «enfriamiento por radiación», la superficie del material pasa calor al aire como radiación térmica. Este pequeño cambio de temperatura es una fuente de energía potencial, que genera suficiente electricidad a medida que el calor se escapa de una superficie del tamaño de una lata para encender un LED.

Hasta hace poco, no había equivalente a una celda solar que funcionara durante las horas oscuras de la noche. Investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles y la Universidad de Stanford crearon un dispositivo a partir de una tapa de lata de aluminio pintada de negro conectada a un pequeño convertidor termoeléctrico que puede generar electricidad mediante enfriamiento radiativo. En lugar de recolectar radiación, luz o calor, crea corriente eléctrica a partir del calor que se escapa y que se almacenó durante el día.

La celda puede generar 25 megavatios por metro cuadrado de electricidad en condiciones de poca luz o completamente oscuras.

Generación de energía paramagnética

La última innovación es un poco más difícil de entender. La generación de energía paramagnética utiliza pequeños cambios de campo magnético que ocurren cuando un imán se calienta para producir electricidad. La maquinaria pesada que genera calor mientras funciona, y muchos dispositivos electrónicos más pequeños, como una computadora, podrían capturar el calor residual y convertirlo en electricidad. Esa energía podría incluso alimentar las máquinas que la generaron, elevando drásticamente el nivel de eficiencia.

Cómo funciona : el paramagnetismo es un estado inusual que surge cuando se calienta un imán. Se vuelve menos magnético y, en lugar de crear un campo magnético, produce paramagnones, una partícula exótica de baja potencia que puede realizar trabajo si es capturada. El descubrimiento de los paramagnones condujo a una nueva metodología para diseñar semiconductores termoeléctricos, cosas que convierten el calor en electricidad.

«Debido a este descubrimiento, deberíamos poder generar más energía eléctrica a partir del calor que la que hacemos hoy», escribió Joseph Heremans , profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial y académico eminente de Ohio en nanotecnología en la Universidad Estatal de Ohio. “Es algo que, hasta ahora, nadie pensaba que fuera posible”.

En septiembre de 2019, un equipo internacional de científicos encontró un método potencial para capturar el calor y convertirlo en electricidad . El avance provino de partículas llamadas paramagnones. Si bien estas partículas no son imanes en sí mismas, transportan un flujo magnético. Las partículas también son ondas en el extraño mundo de la física subatómica y, debido a que son ondas, los paramagnones producen un cambio de estado que podemos usar para generar energía.

Normalmente, cuando un imán se calienta, pierde la mayor parte de sus propiedades magnéticas y se vuelve paramagnético. El equipo de investigación investigó si estas partículas paramagnéticas todavía podían producir suficiente flujo para mover electrones, lo que se suponía que no era posible. Los paramagnetos pueden empujar electrones el tiempo suficiente para que sean herramientas viables de recolección de energía.

A medida que avanza esta tecnología, la gama de usos para recolectar el exceso de calor y generar una corriente eléctrica es muy amplia. Podríamos usar el paramagnetismo para generar electricidad a partir del calor emitido por elementos como los gases de escape de los automóviles o los procesos industriales. Dada la cantidad de procesos diferentes que generan calor, a medida que se refina esta tecnología, es probable que su uso se extienda como un reguero de pólvora.

Promesa y oportunidad

Hacer que las nuevas fuentes de energía estuvieran ampliamente disponibles solía significar construir plantas de generación centralizadas y tender más líneas eléctricas. Pero la aparición de pequeños generadores de energía cambiará el sistema tradicional. Podremos alimentar nuestros hogares y oficinas utilizando energía generada localmente, de modo que las empresas de servicios públicos de energía tengan menos que hacer.

La resiliencia, la idea central de la sostenibilidad, significa que el sistema se vuelve menos frágil a medida que agregan más flexibilidad. En el caso de la energía eléctrica, la flexibilidad en el «borde» de la red eléctrica tradicional transformará nuestra capacidad de vivir una vida moderna con un menor impacto en el medio ambiente. Estas tecnologías recién están comenzando a surgir, pero a medida que los científicos continúen explorando, se abrirán más y más caminos hacia la energía verde.

El futuro se ve brillante.