Los parques eólicos con decenas de molinos de viento y las estaciones solares que ocupan grandes áreas y generan potencia de cientos o miles de kilowatt han dejado de ser noticia, aunque se sigue trabajando intensamente en mejorar su eficiencia.
Pero en la actualidad los esfuerzos de la comunidad científica se han diversificado mucho; se exploran nuevas y muy disímiles posibilidades energéticas, algunas de ellas muy ingeniosas.
Los grupos de investigación trabajan en propuestas novedosas para reducir el consumo, almacenar la energía en exceso, o producirla en forma limpia y a bajo costo.
Puede que en muchos casos los resultados a obtener sean modestos; no obstante, si su empleo llegara a generalizarse, contribuirían a disminuir paulatinamente el uso de los combustibles fósiles contaminantes y a reducir el calentamiento global.
Algunas posibles soluciones energéticas en las que se continuó trabajando durante 2011 son las siguientes.
Energía piezoeléctrica.
En el Instituto Tecnológico de Israel, un grupo de investigadores trabaja en un sistema ferroviario capaz de proporcionar electricidad a partir de las tensiones mecánicas creadas en la línea al pasar el tren.
El efecto piezoeléctrico es bien conocido como generador de chispas en los encendedores de las cocinas de gas. La chispa se produce cuando ciertas cerámicas se deforman y retornan bruscamente a su estado inicial.
Al introducir discos piezoeléctricos en los soportes de los raíles, los investigadores pretenden generar electricidad suficiente como para alimentar las señales luminosas y mecánicas de la vía, además de recopilar información acerca de la velocidad y situación de los trenes.
Resultados preliminares sugieren que en los lugares de intenso tráfico ferroviario sería posible generar más de la energía necesaria para cumplimentar estos fines. La energía en exceso se almacenaría en baterías para ser usada más adelante donde fuera necesario.
Energía mareomotriz.
Otra línea de investigación muy actual tiene que ver con el movimiento de las grandes masas de agua durante las mareas. La idea fundamental es aprovechar el flujo y reflujo del agua de mar y convertirlo en energía eléctrica.
Para ello se colocan grandes turbinas ancladas al fondo marino en lugares adecuados, donde existan corrientes intensas. Las mareas son mucho más predecibles que otras fuentes de energía limpia como, por ejemplo, la eólica.
Al estar causadas por la posición relativa de la Luna y el Sol respecto a nuestro planeta, ocurren de manera periódica y se conoce muy bien cuándo tendrán lugar, así como su intensidad. Es posible aprovechar tanto la energía cinética del agua en movimiento como la energía potencial causada por la diferencia de alturas.
En el primer caso se usa la velocidad de la corriente marina, de manera similar a como se aprovecha el viento en una turbina eólica. En el segundo método se busca un sitio geográfico adecuado en la costa para acumular el agua mediante una presa durante la marea alta. Al bajar la marea, el agua se deja fluir por una turbina para generar electricidad.
La primera planta de energía mareomotriz se terminó de construir en 1966 en La Rance, Francia, con una capacidad de generación de 240 megawatt. En 2009 había unas 50 compañías en todo el mundo desarrollando prototipos para la generación de energía mareomotriz. En la actualidad la mayor planta del mundo, inaugurada en 2011, se encuentra en el lago Sihwa, en Corea del Sur.
Energía almacenada en el aire comprimido.
Otros grupos de investigación se dedican a buscar formas más eficientes de almacenar energía. "Las baterías son caras" alegan los investigadores, tienen vida limitada y cuando cumplen su vida útil se convierten en desechos contaminantes, difíciles de reciclar. El aire a presión no presenta esos problemas. En la universidad de Arizona, investigadores de la Escuela de Sistemas Ingenieros Sostenibles (School of Sustainable Engineered Systems) estudian la posibilidad de almacenar, a bajo costo, la energía sobrante de fuentes alternativas en forma de aire comprimido.
Éste se almacenaría en grandes depósitos bajo tierra, o incluso en cavidades naturales subterráneas. Al aumentar la demanda de energía, el aire comprimido se calentaría ligeramente para provocar su escape a presión hacia turbinas de viento, generando nuevamente electricidad.
Electricidad a partir de pares termoeléctricos y sistemas PCM.
Otros proyectos desarrollados en 2011, y que aún se encuentran en fase de investigación temprana, son el aprovechamiento del calor de los tubos de escape para producir electricidad mediante pares termoeléctricos y el relleno de las paredes de edificaciones con materiales de cambio de fase (Phase Change Materials, PCM).
Este último sistema ya fue incluido como prototipo en un recién construido edificio en el campus de la Universidad de Washington, empleando un PCM derivado de aceites vegetales.
La generación de electricidad mediante pares termoeléctricos se basa en la propiedad de que dos alambres metálicos de diferente material, soldados por los extremos, generan una corriente eléctrica cuando las soldaduras se mantienen a diferente temperatura.
En los tubos de escape no se usarían alambres, sino pequeñas losetas capaces de generar suficiente energía como para reducir el consumo de combustible del vehículo entre un 5 y 10 por ciento.
Los sistemas de cambio de fase PCM funcionan en ciclos de fusión-solidificación.
Cuando una sustancia se funde, absorbe calor del medio ambiente; cuando se solidifica, devuelve ese calor al exterior a la misma temperatura constante (la temperatura de cambio de fase).
En el cambio de fase agua-hielo esa temperatura es de 0 grado Celsius. Usualmente la cantidad de calor que se intercambia es significativa. Por ejemplo, para fundir un kilogramo de hielo hay que gastar la misma energía que para calentar un kilogramo de agua desde 0 hasta 82 grados Celsius. Un edificio con sus paredes internas rellenas de PCM encapsulado, con temperatura de fusión cercana a la ambiente, favorece el ahorro de energía de la manera siguiente. Al caer la noche y bajar la temperatura ambiente por debajo del promedio, el material comienza a solidificarse, generando calor que puede ser eliminado ventilando el interior del edificio.
Al llegar el día y elevarse la temperatura, el PCM absorberá calor del interior al fundirse, reduciendo así el gasto de energía de climatización para mantener fresco el edificio en las horas de mayor calor.
Para reducir las fluctuaciones de temperatura de manera similar, pero sin emplear el PCM, se requerirían paredes aislantes de hormigón de 25 centímetros de espesor. El grosor de las cápsulas de PCM es de sólo 1.25 centímetros.
Otra aplicación de los PCM pretende mejorar las condiciones de vida de los pastores de yaks en lugares fríos de China. La investigación se encuentra actualmente en la fase de proyecto piloto.
Aquí se emplea un PCM obtenido a partir de aceites de plantas locales y mantequilla de yak; se encapsula adecuadamente y se inserta en la ropa tradicional de los pastores. Cuando los pastores realizan sus largas caminatas hasta los sitios de pastoreo el PCM se funde, absorbiendo calor.
Al llegar al sitio de pastoreo y dejar de hacer ejercicio, el PCM contribuye a mantener caliente el abrigo mientras se solidifica y devuelve el calor que antes fue absorbido.
Aplicando el sistema a las mantas de dormir de la familia, éstas se calientan durante el día en la cocina de la vivienda sin gasto energético adicional. Al restituir el calor a sus dueños durante la noche, se ahorra una parte importante del combustible empleado en la calefacción nocturna.
Saludos
Rodrigo González Fernández
Diplomado en "Responsabilidad Social Empresarial" de la ONU
Diplomado en "Gestión del Conocimiento" de la ONU
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