miércoles, junio 12, 2024
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“Es como tener el Sol metido en una caja”: propuesta del MIT sobre energías renovables

Investigadores del MIT han desarrollado una celda termofotovoltaica altamente eficiente que, combinada con fuentes renovables, convierte de manera eficiente los fotones entrantes (partículas de luz) en electricidad. Es una investigación que podría inspirar nuevas formas de suministrar energía al mundo.

Los termofotovoltaicos (TPV) convierten la luz de longitud de onda predominantemente infrarroja en electricidad a través del efecto fotovoltaico, y pueden permitir enfoques para el almacenamiento de energía y la conversión que utilizan fuentes de calor de temperatura más alta que las turbinas que son omnipresente en la producción de electricidad en la actualidad.

“El problema es que no obtienes energía (renovable) cuando quieres”, comenta Asegun Henry, ingeniero mecánico del MIT y autor del nuevo estudio que fue publicado en Nature. “Solo la obtienes cuando el clima es favorable: cuando sale el sol o cuando sopla el viento”. La respuesta a este dilema radica en lo que Henry llama “baterías térmicas”, donde la energía proveniente de las fuentes de energía renovables, como la solar, se almacena en forma de calor.

Las baterías térmicas podrían “enviar” energía a la red eléctrica cuando sea necesario, dijo Henry. Las baterías de iones de litio no son suficientes para cumplir con este propósito.

“Desafortunadamente, las baterías de iones de litio son demasiado caras, y se han realizado varios estudios que han analizado cuán barato debe ser el almacenamiento para que tengamos una red completamente renovable”, explicó Henry. “Así que ahí es donde desarrollamos esta tecnología, las baterías térmicas, porque almacenar energía en forma de calor en lugar de almacenarla electroquímicamente es entre 10 y 100 veces más barato”.

Cómo funciona

Esta celda termofotovoltaica está basada en la física fundamental de los semiconductores. Los átomos dentro de las aleaciones de un semiconductor tienen una banda prohibida (también llamada brecha energética), la distancia entre la capa de valencia de los electrones y la banda de conducción. Cuando los electrones de la banda de valencia se cargan de energía, se excitan y saltan de la banda de valencia a la banda de conducción. Este salto provoca una liberación de energía, en la que la cantidad precisa de energía liberada se rige por la distancia de la banda prohibida. En otras palabras, la cantidad de energía que se libera está determinada por la cantidad de energía que necesita el electrón para cruzar por la banda prohibida.

Los electrones de esta célula termofotovoltaica se encuentran dentro de sus aleaciones, y se apilan unos encima de otros como las capas de una tarta. La celda está hecha de dos capas de aleaciones semiconductoras y una capa reflectante de oro. Las aleaciones de este experimento fueron elegidas de acuerdo con la longitud de onda de los fotones necesarios para alimentar la celda con su máxima eficiencia. Si “quieres absorber la luz a una frecuencia particular, puedes averiguar qué aleaciones te darán la banda prohibida correcta que buscas”, dijo Henry.

La posición de las aleaciones dentro del motor térmico también fue un factor importante. La primera capa fue diseñada para tener la banda prohibida más grande y así capturar los fotones de mayor energía. Los fotones no capturados por la primera capa caen a la segunda capa y empujan los electrones a través de una brecha energética más pequeña. Si un fotón no tiene suficiente energía para empujar a un electrón a través del espacio en la primera o segunda capa, ahí es donde la capa reflectante de oro puede reflejar los fotones hacia la fuente de luz y así reducir el desperdicio de energía. La clave, sin embargo, es de dónde provienen estos fotones.

“Estábamos enviando electricidad a un calentador resistivo que estaba a unos metros de distancia”, explicó Henry. Este calentador resistivo era como un complejo filamento de una bombilla: un conductor que brilla y se sobrecalienta cuando la energía pasa a través de él. El metal caliente liberaba fotones que fueron capturados por las capas de aleación, lo que generaba electricidad en el motor térmico. Los investigadores encontraron que un elemento calentado entre 1900 y 2400 grados Celsius les proporcionaba la mejor eficiencia.

Su celda termofotovoltaica opera con una eficiencia del 40%, mejor que los diseños anteriores y comparable a las turbinas de vapor. Es un resultado prometedor, y Henry y sus compañeros luchan ahora por un objetivo aún mayor: escalar esta tecnología hasta una central eléctrica del tamaño de un almacén que podría conectarse a la red existente.

Nature, giszmodo

Ernesto Mota
Ernesto Mota
Nací en el d.f., sigo siendo defeño, hoy radico en la hermosa ciudad de Cuernavaca, Morelos, soy Ing. en Sistemas computacionales, con un posgrado en Tecnologías de información, Doctorando en ambientes virtuales de aprendizaje y realidad aumentada, Tecnólogo es mi categoría laboral, y mi linea de investigación es la realidad aumentada aplicada a nuevos entornos de aprendizaje.
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