La variación de temperatura como fuente de energía

¿Qué tienen en común energías renovables como la fotovoltaica o la eólica? Principalmente que están sujetas a los caprichos de la naturaleza. Si no hay sol o no sopla el viento, la producción de electricidad cae en picado. Eso no es un problema si existen baterías de almacenamiento energético que sean capaces de compensar la intermitencia de estas fuentes renovables o si los sistemas de producción de electricidad forman parte de un mix energético más amplio, que incluya energía hidroeléctrica o centrales de ciclo combinado. Sin embargo, existen muchas zonas en las que no existen fuentes de energía alternativas, y al menos por el momento, los sistemas actuales de baterías son caros y no muy duraderos. Tal como dijo el filósofo Heráclito, “lo único que permanece constante es el cambio”, y la variación térmica que se produce entre el día y la noche es una de esas constantes. Ahora, científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) acaban de presentar un dispositivo termoeléctrico que aprovecha los cambios de temperatura propios del ciclo día/noche para producir energía.

Hace bastante tiempo que se trabaja en la generación de electricidad mediante dispositivos que poseen uno de sus lados frío y otro caliente en el mismo instante, pero el sistema presentado por los investigadores estadounidenses puede aprovechar además, la acumulación de calor del día y el enfriamiento nocturno para que esa diferencia de temperatura no tenga que darse al mismo tiempo. Bautizada como “resonador térmico”, la nueva tecnología puede operar en un amplio rango de condiciones: situado a la sombra, en días nublados o incluso con niebla. Para llegar a sus conclusiones, publicadas en la revista Nature Communications, los científicos siguieron un largo proceso de pruebas en busca de los materiales adecuados.

Cobertura de grafeno, corazón de octadecano

El principal obstáculo que han tenido que salvar los investigadores es la llamada efusividad térmica. Esta se define como la capacidad que tiene un material de retener calor ambiental o liberarlo. La efusividad térmica se basa en la conductividad y la capacidad térmicas, es decir, la capacidad de propagación del calor a través del material y su nivel de almacenamiento. El problema que se encontraron los investigadores al intentar sacar provecho de estas propiedades es que los materiales con alta conductividad no almacenan el calor, y viceversa. Al final, optaron por una combinación de materiales entre los que se incluyen una espuma metálica de cobre o níquel y una cobertura de grafeno que aumenta la conductividad. Por último, se inyecta una especie de cera denominada octadecano que puede cambiar de estado líquido a sólido en función de la temperatura. La elección de cada uno de los materiales tiene una clara explicación: el grafeno ofrece la máxima conductividad mientras que el octadecano permite almacenar calor con gran eficiencia.

Los investigadores explican que el sistema se beneficia de las variaciones de temperatura para producir energía, pero estas no tienen por qué responder exclusivamente a los cambios que se producen en el ciclo natural del día, sino que también es posible aprovechar el calor generado en procesos industriales, como por ejemplo, el producido por el funcionamiento de un motor.

La producción de electricidad de estos resonadores térmicos es relativamente modesta -no es posible cargar el portátil o un vehículo eléctrico por el momento-, pero el hecho de que no requiera baterías ni complejos circuitos eléctricos los convierten en una solución idónea para zonas muy remotas que requieran sensores o sistemas de transmisión o comunicación. Además, la sencillez del diseño lleva aparejada una gran durabilidad: teóricamente, podrían operar durante décadas sin la necesidad de asistencia humana. En un futuro no muy lejano, estos dispositivos podrían suministrar energía a vehículos de exploración espacial expuestos a ciclos de día y noche con cambios de temperatura extremos.        

Fuente: MIT