La Energía del Futuro

     Afrontémoslo, somos unos consumidores de alucine. Nuestro crecimiento exponencial y nuestros avances técnicos hacen que necesitemos cada vez más y más energía. ¿Pero somos capaces de afrontar este coste? Y ¿a qué precio?. Parece que tenemos una cuenta a pajera abierta con nuestro planeta. Cambio climático, combustibles fósiles y energías renovables no son términos que pasen desapercibidos en la sociedad actual.

   Precisamente, debido a nuestra necesidad creciente, hay montones de hombres de ciencia trabajando en un futuro mejor, mas energético y mas limpio, por lo que en este post hemos recogido cinco interesante propuestas del futuro de la energía, proyectos en desarrollo y que podrían ser el inicio de una revolución energética.

     Vamos allá:

1 – Híbridos nucleares

Los métodos nucleares son los mayores productores actuales de la Energía que consumimos. Hace ya muchos años que se estudia cómo podríamos utilizar la fusión nuclear en vez de la fisión nuclear que se emplea en nuestras centrales, pero siempre con resultados infructuosos. Provocar una reacción de fusión gasta mas energía de la que produce por el proceso denominado “ignición”. La fisión nuclear por otro lado necesita de materiales radiactivos enriquecidos tales cómo el uranio o el plutonio, que generan peligrosos residuos cómo el uranio empobrecido, uno de los mayores quebraderos de cabeza de nuestro tiempo.

Pero, ¿y si unimos las dos reacciones?. En el Centro Nacional de Ignición, en Livermore, se está estudiando cómo desencadenar la fisión mediante la fusión. Utilizando un pulso laser de alta energía apuntando a un núcleo de material de fusión cómo el Hidrógeno, podría provocarse esta reacción de alta energía, desencadenando en una capa superior de materiales tales cómo uranio, plutonio, torio o incluso uranio sin enriquecer o empobrecido. La producción energética entonces sería cuatro veces superior a la necesitada en la ignición, y pueden utilizarse materiales que en estos momento son residuos muy difíciles de tratar. Además, el consumo de material radiactivo en el proceso es del 90% por lo que solo se necesita un 20% del combustible gastado en la actualidad y produce aún menos residuos.

Las previsiones de futuro de este método auguran su viabilidad en unos veinte años con los estudios y la inversión adecuada. Queda superar barreras tales como la creación barata de las células de fusión, el desarrollo completo de la cubierta, o cómo realizar el numero de igniciones por segundo necesarias para desencadenar el proceso. Si todo fuese bien, este método podría zanjar muchos de los problemas y debates “radiactivos” que nos contaminan hoy día.

Ventajas

  • Pueden usarse materiales radiactivos residuales
  • Puede consumirse hasta un 90% del combustible radiactivo
  • Necesita un 80% menos de estos combustibles

Desventajas

  • Es un proceso que necesita mucha investigación aún
  • Nuestra capacidad técnica para producir la ignición no es suficiente
  • La producción de núcleos de fusión es demasiado cara

2 – Combustible solar

El componente molecular básico de los combustibles fósiles es el denominado “gas de síntesis”, una mezcla de Hidrógeno y Monóxido de carbono. Con él se pueden sintetizar estos combustibles con una composición “a la carta”.

Imaginad que se pudiera sacar este gas de la nada. Bueno, no de la nada, mas bien del CO2 atmosférico. Pues bien, eso es lo que consiguen hacer en el Instituto de Tecnología de California. Con un enorme espejo hacen incidir un potente haz de luz sobre una rueda de doce anillos dentados recubierta de Oxido de Hierro o Cerio, calentando los dientes hasta alcanzar en esta parte de la rueda entre los 900 y los 1500 ºC. Esto provoca que el Oxígeno se disocie del compuesto, expeliéndolo por uno de los escapes, y al bajar la temperatura, lo secuestran del CO2 circundante o del vapor de agua, de manera que queda como residuo el antes cacareado gas de síntesis.

Todavía queda mucho por hacer, por descontado cómo es solucionar los problemas que surgen con las altísimas variaciones de temperatura, ya que ningún material, ni mucho menos el de los dientes de la rueda, puede soportarlo valientemente y quedar indemne.

Si se consiguiese llevar a cabo de forma práctica y económica, se resolverían dos de los grandes problemas ecológicos del futuro: la falta de combustibles fósiles y la excesiva cantidad de CO2 atmosférico, con su “efecto invernadero” y todo, ya que el consumo de CO2 es prácticamente igual en cantidad que el producido al gastar el combustible producto.

Ventajas

  • Podría reducirse la emisión de CO2 drásticamente
  • Resolvería el futuro “con fecha de caducidad” de los combustibles fósiles
  • Aprovecharíamos una energía solar prácticamente ilimitada

Desventajas

  • Los materiales actuales están fuera del rango resistente a los cambios de temperaturas que necesitan
  • Resulta muy caro construir los espejos necesarios para concentrar el haz

3 – Fotoelectricidad cuántica

Una placa solar funciona, si me permitís la metáfora, cómo un embudo. La luz golpea los electrones del material, el silicio, sacándolos de su sitio, y éstos “caen” en este embudo, o hilo conductor, moviéndose y generando la electricidad.

Antes de que algún ingeniero o algún físico alce la primera piedra, os hablaré, por distraerlos, de los electrones calientes. Estos son electrones “arrancados” con demasiada fuerza, por lo que pierden la energía en forma de calor y vuelven a su sitio sin “caer” por el embudo.

Por descontado, estas partículas son inútiles al propósito de generar electricidad, y hacen que el proceso tenga solo un rendimiento teórico máximo (es decir, lo que cómo mucho,  con muy buena suerte, y levantándose uno con dos pies derechos se podría conseguir) del 31%, alcanzándose en el mejor de los casos solo un 26% de este rendimiento.

Ahora, el año pasado, en la Universidad de Texas, Xiaoyang Zhu y compañía, consiguieron aumentar hasta mil veces el tiempo de enfriamiento de estos electrones con lo que se puede producir la captura de éstos ya que no vuelven tan rápidamente a su estado natural.

Para ello colocaron puntos “cuánticos” de microacúmulos de partículas de seleniuro de plomo, o lo que es lo mismo, puntitos muy pequeños, de apenas unos miles de átomos de este compuesto, que “marean” a estos electrones evitando su enfriamiento rápido.

Es una de las propuestas mas viables y mas interesantes ya que aumentaría el rendimiento unas 1,93 veces, doblando la producción de las placas. Sin embargo todavía queda camino, cómo vemos en este post, ya que todavía queda por describir los efectos físicos, las causas y los materiales de este fenómeno, y de ahí, estudiar la aplicación práctica.

Ventajas

  • Ya contamos con la tecnología base, bastante bien estudiada
  • Es un proceso bastante barato en comparación con otras propuestas.
  • Dobla el rendimiento energético, además de ser un método muy limpio.

Desventajas

  • Todavía requiere investigaciones básicas sobre la física de los procesos para poder aplicarlo
  • Las expectativas de ser un método barato están justificadas, pero todavía no es factible a gran escala.
  • Solo consigue doblar la producción del método actual

4 – Motores térmicos

Todos conocemos la primera ley de la Termodinámica: la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. Por esta razón, convertir la energía térmica en mecánica es algo muy común, principio que siguen “General Motors”, y Alan Browne, el investigador principal del siguiente proyecto.

Éste consiste en una cinta hecha con hebras paralelas de una aleación especial de Níquel-Titanio que “recuerda” una forma previamente imprimada en la estructura de la cuerda. Esta forma “enseñada” se manifiesta con la subida de la temperatura, y  además es muy sensible, necesitando apenas unas decenas de grados para que ocurra.

Si le aplicamos a la hebra una forma “corta” que en frío se alarga, al pasar por un punto caliente estirará el resto de la correa, de manera que, con las poleas adecuadas, podemos tener un movimiento generado por este calor, que impulsaría un generador eléctrico.

El prototipo desarrollado por ahora funciona, pero no genera mas que un par de vatios. El siguiente objetivo es mejorar la correa y abaratar los costes ya que el “domado” del material es un proceso largo y difícil, que requiere de al menos 3 meses y la formación de la polea útil no es algo simple. Sin embargo, los desarrolladores tienen muchas expectativas ya que, de ser viable, su aplicación sería tan variopinta cómo útil pues se podría aplicar a todo tipo de motores, desde automóviles cómo a electrodomésticos o fuentes de refrigeración, reduciendo el consumo y mejorando el aprovechamiento de la energía.

Ventajas

  • Es un sistema de aprovechamiento por conversión, limpio y útil.
  • Es además sencillo y adaptable
  • Es aplicable a múltiples tecnologías

Desventajas

  • La correa y el sistema todavía no logran las expectativas necesarias para ser mínimamente útiles.
  • La imprimación de la forma en estos materiales requiere al menos de tres meses
  • Tras esto se vuelven quebradizos y poco maleables, además de lo difícil de utilizarlos para formar los arboles de poleas.

5 – Motor de Ondas de choque

El motor de pistones, el que se usa en los coches a motor, funciona inyectando gasolina en la cámara del cilindro y, o bien por un chispazo creado por una bujía, éste se inflama, o bien por la rápida compresión en los motores diesel, hace lo mismo, provocando una explosión que impulsa el cilindro hacia abajo, moviendo todo el sistema del bloque, generando la energía eléctrica.

Este mecanismo es el que vemos cuando abrimos el capó, buscando la avería de turno o el conducto del agua del parabrisas. Ahora, sustituyamos este pesado tormo de metal por un elegante disco de distintos polímeros. Este posee unas aspas, entre cuyos espacios hay aire y carburante caliente, al inyectarse se produce la explosión que expande los gases, los cuales generan una onda de choque que comprime el aire, y a su vez se van creando nuevas ondas de choque que lo comprimen y calientan aún mas. Estas presiones más los gases que entran y escapan hacen girar las aspas conectadas al cigüeñal que genera la energía que alimenta al coche.

Michigan, dónde esperan poder contar muy pronto con un 33% de rendimiento para un disco de 33 caballos, y además creen poder aumentar el rendimiento hasta el 65%. Gracias a este rendimiento y a su bajo peso, las expectativas para este motor son las de quintuplicar la distancia que puede recorrer un coche con la misma cantidad de combustible.

Aunque parezca mentira, el motor de ondas de choque se conoce desde 1906, e incluso se utiliza en coches deportivos. Sin embargo, no ha sido posible hasta hace muy poco calcular correctamente la física de las corrientes de gases que se producen (corrientes gaseosas no estacionarias) debido a cuestiones técnicas de computación.

Ventajas

  • Estos motores son mas ligeros, pequeños y su rendimiento es mayor
  • Son capaces, por ello, de quintuplicar el aprovechamiento del combustible
  • Pueden adaptarse a todo tipo de carburantes

Desventajas

  • Dependen de carburantes, por lo que es difícil sobreponerse a la dependencia de los combustibles fósiles
  • Los materiales de construcción deben ser probados para su uso, de manera que se elijan los mejores para este fin
  • La dinámica de gases que implica este método, es compleja y todavía queda mucho por descubrir sobre ella

En conclusión, las propuestas que acabamos de repasar son alternativas a las “alternativas” que actualmente son las líneas energéticas principales tales como las archiconocidas energías renovables. El problema de dichas líneas es que resultan ser tan sólo un parche a problemas mayores y graves, de manera que nunca resuelven del todo el problema o los beneficios que aportan se ven empañados por su poca productividad u otros menesteres.

Aunque desde este blog preferimos abogar por propuestas un poquito mas radicales tales como la “Economía del hidrógeno” o las “Energías verdes” dejando poco a poco los combustibles fósiles a un lado, apoyamos iniciativas tan originales y potencialmente beneficiosas como ésta.

Probablemente, nuestro futuro de la energía pase por una renovación completa y total de los sistemas actuales. Un proceso posiblemente costoso y seguro que doloroso, pero está claro que son propuestas arriesgadas, incluso falibles o irrisorias, las que tarde o temprano siempre marcan una tendencia, y finalmente forman parte del contexto histórico.

 

+INFO

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2 comentarios en “La Energía del Futuro

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