Estaba en el agua cuando la epifanía golpeó. Por supuesto, Annette von Jouanne siempre estaba en el agua, nadando en lagos y piscinas mientras crecía alrededor de Seattle, y nadando a distancia de estilo libre de manera competitiva en las reuniones de la escuela secundaria y la universidad. Incluso hay una piscina de ejercicio en su sótano, donde ella y su esposo (un ex nadador olímpico de Portugal) y sus tres hijos han pasado mucho tiempo ... nadando.
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Vea un prototipo de una boya de energía de las olas subiendo y bajando sobre la superficie del agua mientras investigadores de la Universidad Estatal de Oregón estudian su eficacia
Video: Despliegue de la boya de energía de las olas
Pero en diciembre de 1995 estaba haciendo bodysurf en Hawai durante las vacaciones. Acababa de comenzar a trabajar como profesora asistente de ingeniería eléctrica en la Oregon State University. Tenía 26 años y estaba ansiosa por marcar la diferencia: encontrar o mejorar una fuente útil de energía, preferiblemente una que no fuera escasa, fugaz, impredecible o sucia. El sol se estaba poniendo. El viento se estaba muriendo. Se balanceaba en las olas.
"Cuando se puso el sol, me golpeó: podía montar olas todo el día y toda la noche, todo el año", dice von Jouanne. "La energía de las olas siempre está ahí. Nunca se detiene. Empecé a pensar que debía haber una forma de aprovechar toda la energía de un oleaje oceánico, de manera práctica y eficiente, de manera responsable".
Hoy, von Jouanne es una de las fuerzas impulsoras en el campo de rápido crecimiento de la energía de las olas, así como su principal defensor. Explicará a cualquiera que escuche que, a diferencia de la energía solar y eólica, la energía de las olas siempre está disponible. Incluso cuando el océano parece tranquilo, las olas están moviendo el agua hacia arriba y hacia abajo lo suficiente como para generar electricidad. Y un aparato para generar kilovatios de energía a partir de una ola puede ser mucho más pequeño de lo que se necesita para aprovechar los kilovatios del viento o la luz del sol porque el agua es densa y la energía que imparte se concentra.
Toda esa energía también es, por supuesto, destructiva, y durante décadas el desafío ha sido construir un dispositivo que pueda resistir las olas monstruosas y los vientos huracanados, sin mencionar el agua salada corrosiva, las algas marinas, los escombros flotantes y los curiosos mamíferos marinos. Y el dispositivo también debe ser eficiente y requerir poco mantenimiento.
Aún así, el encanto es irresistible. Una máquina que podría aprovechar una fuente inagotable de energía no contaminante y desplegarse económicamente en cantidades suficientes para generar cantidades significativas de electricidad, eso sería una hazaña para las edades.
Los ingenieros han construido docenas de máquinas, llamadas convertidores de energía de las olas, y han probado algunas a pequeña escala. En los Estados Unidos, las olas podrían alimentar alrededor del 6.5 por ciento de las necesidades de electricidad actuales, dice Roger Bedard del Electric Power Research Institute, un grupo de expertos en energía en Palo Alto, California. Es el equivalente de la energía en 150 millones de barriles de petróleo, aproximadamente la misma cantidad de energía que producen todas las represas hidroeléctricas de EE. UU. Combinadas, suficiente para abastecer 23 millones de hogares estadounidenses típicos. Las olas más poderosas ocurren en las costas occidentales, debido a los fuertes vientos globales de oeste a este, por lo que Gran Bretaña, Portugal y la costa oeste de los Estados Unidos se encuentran entre los sitios donde se está desarrollando la energía de las olas.
Además de nadar, la otra pasión de von Jouanne cuando era joven era aprender cómo funcionan las cosas. Comenzó con pequeños electrodomésticos. Se despertó un despertador. Desenroscó la parte posterior, arregló el mecanismo y lo volvió a armar. Ella tenía unos 8 años. "Eso fue muy emocionante para mí", dice ella. Pasó a las calculadoras y luego a una computadora que compró con dinero de su ruta en papel. Un día, esperó a que sus padres salieran de la casa para poder desmontar la televisión y volver a armarla antes de que regresaran. (Von Jouanne advierte a los niños que no hagan lo que ella hizo: "hay un componente de alto voltaje").
Cuando sus hermanos, mayores de ocho y diez años, llegaron a casa para las vacaciones universitarias, ella estudió detenidamente sus libros de texto de ingeniería. (Una hermana mayor buscó un título en negocios). "Al leerlos se confirmó que, sí, esto es lo que quiero hacer", recuerda.
Estudió ingeniería eléctrica en la Universidad del Sur de Illinois y en su doctorado en la Universidad de Texas A&M. A menudo era una de las pocas mujeres en una clase. "Nunca me vi como una ingeniera", dice ella. "Me vi a mí mismo como un ingeniero tratando de mejorar las cosas para el mundo".
En la Oregon State University, relató su epifanía sacudida por las olas con Alan Wallace, un profesor de ingeniería eléctrica que compartió su fascinación por la energía del océano. "Comenzamos a decir que debe haber una manera de aprovechar esta energía", recuerda. Estudiaron los convertidores de energía de las olas que luego se producían y buscaron patentes centenarias sobre artilugios para extraer energía de las olas. Algunos parecían molinos de viento, jaulas de animales o hélices de barcos. Una moderna parecía una gran ballena. Todos los dispositivos tenían un problema en común: eran demasiado complicados.
Tomemos, por ejemplo, un dispositivo llamado Atenuador Pelamis, que Pelamis Wave Power desplegó recientemente durante cuatro meses frente a la costa de Portugal. Parece una serpiente roja de 500 pies de largo. A medida que las olas recorren su longitud, la máquina se dobla hacia arriba y hacia abajo. La flexión bombea fluido hidráulico a través de un motor, que genera electricidad. Las máquinas complejas como esta están plagadas de válvulas, filtros, tubos, mangueras, acoplamientos, rodamientos, interruptores, medidores, medidores y sensores. Las etapas intermedias reducen la eficiencia, y si un componente se rompe, todo el dispositivo se queda sin batería.
Después de analizar el campo, von Jouanne dice: "Sabía que necesitábamos un diseño más simple".
El laboratorio de Von Jouanne lleva el nombre en memoria de Wallace, quien murió en 2006, pero el Centro de Energía Renovable y Sistemas Wallace Energy (WESRF) es conocido familiarmente como "We Surf". Pintado en azules y grises profundos y con murales de ondas ondulantes, el laboratorio ha sido una instalación de investigación y terreno de prueba para productos tan innovadores como un barco naval totalmente eléctrico, un aerodeslizador y el motor Ford Escape Hybrid. En una esquina hay una boya alta que se asemeja a una enorme batería de cobre. A su lado, otra boya se parece a dos esquís de fondo con un cable entre ellos. Los diseños se encontraban entre los primeros de von Jouanne. "Los avances casi siempre nacen de fracasos", dice ella.
Su gran avance fue concebir un dispositivo que tiene solo dos componentes principales. En los prototipos más recientes, una bobina gruesa de alambre de cobre está dentro del primer componente, que está anclado al fondo marino. El segundo componente es un imán unido a un flotador que se mueve hacia arriba y hacia abajo libremente con las olas. A medida que las ondas agitan el imán, su campo magnético se mueve a lo largo de la bobina estacionaria de alambre de cobre. Este movimiento induce una corriente en el cable: electricidad. Es así de simple.
A principios de 2005, von Jouanne había diseñado uno de sus prototipos y quería probar si era resistente al agua. Ella llevó el convertidor de energía de las olas a su sótano, hacia un canal que circula agua para dejarla nadar en su lugar. Su hija Sydney, que entonces tenía 6 años, se sentó en el prototipo, como un sello podría aferrarse a una boya real. Flotaba
Luego llamó a un grupo de olas cercano, donde la gente va a jugar en olas simuladas.
"¿Alquila su piscina?" ella dijo.
"¿Para cuanta gente?" el asistente preguntó.
"No mucha gente, una boya de energía de las olas".
El parque donó dos madrugadas a su empresa. Von Jouanne ancló la máquina con diez pesas de 45 libras de un club de salud. Se desempeñó bien en las olas juguetonas, subiendo y bajando sin hundirse.
Luego vino la prueba real, en uno de los simuladores de onda más largos de América del Norte.
En el extremo oeste del frondoso campus de la Oregon State University, más allá de los eruditos edificios de ladrillo rojo, hay un enorme cobertizo de acero en forma de T en un lote pavimentado gigante. Aunque el edificio está a 50 millas del Océano Pacífico y mucho más allá del alcance de las olas gigantes, un letrero de metal azul y blanco en su entrada dice "Entrando en la zona de peligro de tsunami".
Cuando von Jouanne trajo por primera vez una boya para probar en el canal de concreto de 342 pies de largo en el Laboratorio de Investigación de Ondas Hinsdale del Estado de Oregón, "las cosas no salieron según lo planeado", dice Dan Cox, director de la instalación, con una sonrisa. Von Jouanne y sus colegas dejaron caer la boya en el canal de 15 pies de profundidad y la golpearon con olas de dos, tres y cuatro pies. La primera ola de metro y medio lo volcó.
"Tuvimos un problema de lastre", dice von Jouanne con cierta timidez. Ella continúa: "Somos ingenieros eléctricos, y realmente necesitábamos más ayuda de los ingenieros oceánicos, pero para obtenerlos necesitábamos más fondos, y para obtener más fondos necesitábamos mostrar cierto éxito".
Von Jouanne siguió refinando sus boyas. Un pequeño grupo observó cómo una ola de metro y medio se dirigía a una de sus últimas versiones. Cuando la boya se elevó con el oleaje, se encendió una bombilla de 40 vatios en su parte superior, alimentada por energía de las olas. "Todos aplaudimos", recuerda Cox.
Ruta 20 vientos del estado de Oregon a la costa a través de cedros y abetos, siguiendo el río Yaquina. Cerca de la desembocadura del río hay un asador arenoso con edificios bajos decorados con conchas de ostras y madera flotante. Las brisas arrojaron drizas del puerto deportivo cercano contra los mástiles de metal. Este es el hogar del Centro de Ciencias Marinas Hatfield del estado de Oregón, dedicado a la investigación sobre los ecosistemas marinos y la energía oceánica.
George Boehlert, científico marino y director del centro, mira desde su oficina un campo de hierba marina ondulada. "Lo que sabemos ahora es lo que no sabemos", dice Boehlert, cuyos sucios rizos rubios se asemejan a las olas del océano. "La energía oceánica es un campo de rápido movimiento y los investigadores ambientales tienen muchas preguntas".
Por ejemplo, las boyas absorben energía de las olas, reduciendo su tamaño y potencia. ¿Las olas reducidas afectarían el movimiento de la arena y las corrientes cerca de la costa, quizás contribuyendo a la erosión?
Las boyas, así como los cables de alimentación que se conectarían a la red eléctrica en tierra, emiten campos electromagnéticos. Y los cables de amarre vibrarían en las corrientes, como una cuerda de guitarra. ¿Podrían estas perturbaciones confundir ballenas, tiburones, delfines, salmones, rayas, cangrejos y otros animales marinos que utilizan el electromagnetismo y el sonido para alimentarse, aparearse o navegar?
¿Las aves chocarían con las boyas o las tortugas se enredarían en los cables?
¿Las anclas crearían arrecifes artificiales que atraigan peces que normalmente no se encuentran en ese hábitat?
¿El despliegue, el mantenimiento y la eliminación de boyas perturbarían el fondo marino o cambiarían el ambiente oceánico?
"También quiero saber las respuestas a estas preguntas", dice von Jouanne. "Lo último que quiero hacer es dañar el océano y sus hermosas criaturas". Para estudiar los riesgos ambientales y permitir que los ingenieros de energía de las olas prueben sus inventos, ella y sus colegas del estado de Oregón, incluido Boehlert, están construyendo una litera de prueba flotante cerca. Está programado para abrir el próximo año y en su centro habrá una boya llena de instrumentos para recopilar datos sobre el rendimiento de los convertidores de energía de las olas.
La litera de prueba es parte de un esfuerzo masivo para mover la energía de las olas fuera del laboratorio hacia la red eléctrica. A través de un nuevo centro nacional de energía renovable marina financiado por el Departamento de Energía, los investigadores de todo el país tendrán la oportunidad de refinar sus inventos en el laboratorio de energía WESRF, probarlos en el canal de olas Hinsdale y perfeccionarlos en el océano. "Esto es lo que debemos hacer para explorar completamente la energía de las olas como parte de una cartera de energía renovable, para el estado, la nación y el mundo", dice von Jouanne.
Boehlert y otros dicen que incluso si la energía de las olas tiene algunos impactos ambientales locales, es probable que sea mucho menos dañino que las centrales eléctricas de carbón y petróleo. "Los efectos de continuar bombeando carbono a la atmósfera podrían ser mucho peores para la vida marina que las boyas flotando en las olas", dice. "Queremos que la energía del océano funcione".
Von Jouanne recientemente remolcó su boya de mejor desempeño, su undécimo prototipo, a través de la Bahía de Yaquina y una milla y media de la costa. La boya, que se asemeja a un platillo volador amarillo gigante con un tubo negro atravesando el centro, estaba anclada en 140 pies de agua. Durante cinco días subió y bajó con olas y generó alrededor de 10 kilovatios de potencia. En los próximos dos o tres años, Columbia Power Technologies, una compañía de energía renovable que ha apoyado la investigación de von Jouanne, planea instalar una boya que genere entre 100 y 500 kilovatios de electricidad en el muelle de prueba frente a la costa de Oregon.
"Hace unos años", dice Cox sobre von Jouanne, "estaba trabajando muy poco. Ahora tiene al gobierno detrás de su trabajo y las compañías llaman a su puerta. Es un avance increíblemente rápido que es un buen augurio para el futuro de la energía de las olas". "
Otro de los inventos de Von Jouanne, el primero de su tipo, es una máquina que prueba los convertidores de energía de las olas sin tener que mojarlos. Una boya prototipo está asegurada dentro de un carro de metal que imita el movimiento hacia arriba y hacia abajo de las olas del océano. El equipo eléctrico monitorea la energía que genera la boya. El banco de pruebas se parece a una cabina de ascensor en medio de su laboratorio.
Los investigadores de energía de las olas de otras instituciones podrán utilizar el banco de pruebas de von Jouanne, pero por el momento, tiene una de sus propias boyas convertidoras de energía. Un estudiante sentado en una computadora cercana ordena al dispositivo que simule olas de 1 metro de altura que viajan 0.6 metros por segundo con intervalos de 6 segundos entre los picos de las olas.
"Esa es una pequeña ola de verano", dice von Jouanne.
La máquina zumba, se tambalea y se agita como un paseo en un parque de diversiones.
A medida que la boya se mueve hacia arriba y hacia abajo, un medidor registra el jugo que produce. La aguja se mueve. Un kilovatio, dos, luego tres.
"Eso es suficiente para alimentar dos casas", dice von Jouanne.
Elizabeth Rusch es periodista y autora con sede en Portland, Oregon, y autora de The Planet Hunter y otros libros de ciencia para niños.
La onda eléctrica : en el "convertidor de energía de onda" de von Jouanne, las bobinas dentro de una columna anclada están rodeadas por un imán unido a un flotador. Las olas mueven el flotador hacia arriba y hacia abajo, y la interacción electromagnética genera corriente. (Infografía 5W) 
Después de años de experimentos en laboratorios, piscinas de olas e incluso en su sótano, la ingeniera Annette von Jouanne probó prototipos de convertidores en el océano (una grúa levanta una boya en el agua frente a Oregon en 2007). (Annette von Jouanne) 
Annette von Jouanne se encuentra en el océano a lo largo de la playa Otter Rock de Oregon, cerca de donde ha estado experimentando con boyas de energía de las olas. (Cortesía de Annette von Jouanne) 
Un barco remolca un prototipo de boya de energía de las olas hacia el mar. (Annette von Jouanne) 
Una mirada más cercana a uno de los prototipos de boya. La parte amarilla de la boya flota a lo largo de la superficie del agua. (Annette von Jouanne) 
Una luz que brilla sobre una boya muestra que la electricidad fluye a través de la boya. (Annette von Jouanne) 
En el laboratorio de von Jouanne, una invención reciente simula la acción de las olas, permitiendo a los investigadores diseñar diseños de boya en seco (probando un dispositivo de energía de las olas sin el flotador). (Brian Smale) 
Von Jouanne dice: "Hemos tenido aportes prometedores de que [esta tecnología] es el camino a seguir". (Brian Smale)
