Cuando Ozgur Sahin y sus colegas de la Universidad de Columbia comenzaron a hablar sobre los generadores de evaporación como fuente de energía renovable, nuestros ojos se llenaron de lágrimas. ¿Podría realmente Estados Unidos, como dijeron en Nature Communications, obtener el 69 por ciento (aproximadamente 325 gigavatios) de sus necesidades de energía del agua que se evapora de nuestros embalses, lagos y ríos?
La respuesta corta es no. Los números de Sahin se basaron en la extrapolación de un estudio a pequeña escala de una máquina que él inventó que genera energía a través de la evaporación. Este pequeño y plano "motor de evaporación" se encuentra en la superficie de un cuerpo de agua y utiliza variaciones de humedad para abrir y cerrar los respiraderos, que pueden hacer funcionar un generador. Para obtener el número, Sahin multiplicó el poder que estaba obteniendo de este dispositivo por el área total de lagos, ríos y embalses en los EE. UU. Pero, por supuesto, no vamos a cubrir todos los lagos y ríos. Nosotros, y el ecosistema natural, los necesitamos para otras cosas.
Pero eso no significa que no podamos beneficiarnos de la tecnología, y usarla a menor escala, como fuente de energía renovable. ¿Cómo se vería eso? ¿Qué estamos esperando? Aquí hay cinco preguntas que podría tener sobre el poder de evaporación, respondidas.
¿Puedes obtener energía de la evaporación? ¿Cómo funciona?
El juguete para pájaros que su maestra de física de la escuela secundaria tenía en su escritorio es una prueba de que puede hacerlo. Un cuerpo de agua absorbe el calor del sol (aproximadamente la mitad de toda la energía del sol se usa de esta manera) y gradualmente cede vapor al aire. La iteración más simple del motor de evaporación está cubierta con tiras de cinta, que están cubiertas de esporas bacterianas. A medida que el vapor de agua se acumula debajo de las tiras de cinta, las bacterias lo absorben y se alargan. Esto hace que la cinta se flexione, abriendo simultáneamente una ventilación al aire y empujando una palanca, que puede convertirse de energía mecánica a eléctrica. El respiradero libera vapor, las esporas se secan y, en solo unos segundos, la cinta se condensa, el respiradero se cierra y el ciclo comienza nuevamente.
El artículo que Sahin publicó este año hace referencia no solo a su propia tecnología de captura de energía, sino a cualquier tipo de cosechadora de evaporación. En el caso del motor de Sahin, que él y sus colegas publicaron en Nature Communications en 2015, funciona a través de la expansión y contracción de esporas bacterianas. A diferencia de una turbina, que depende del calor para impulsar el motor, los "músculos" hechos de esporas se expanden y contraen en función de la humedad: cuando la humedad aumenta, las esporas se expanden, alargando las tiras de material similar a una cinta adhesiva, y abriendo una especie de respiradero. Ahora ventilado, la humedad disminuye, las esporas se contraen, el respiradero se cierra y el ciclo se restablece. Mientras esto sucede, el movimiento de las tiras empuja una pequeña rueda y la rotación acciona un generador.
El motor de evaporación se encuentra en la superficie del agua (azul) aquí. Cuando el agua en la superficie debajo se evapora, impulsa un movimiento de pistón de un lado a otro, que produce electricidad si está conectado a un generador. (Xi Chen) ¿Podría esto reemplazar la energía solar u otras fuentes de energía renovables?
Al igual que la energía solar, eólica, hidráulica y casi todo lo demás, la energía de evaporación proviene del sol. La energía solar es única en el sentido de que se obtiene directamente, dice Axel Kleidon, un científico de sistemas de la tierra en el Instituto Max Planck que fue revisor del último artículo de Nature Communications . Todos los demás presentan algún tipo de proceso intermedio que disminuye la eficiencia. Al ritmo en que los precios solares están cayendo, es poco probable que la energía de evaporación sea rentable en relación con los paneles solares.
Kleidon estudia las conversiones de energía de los procesos naturales a gran escala. Por ejemplo, dice, la energía eólica depende de la luz solar que se ha convertido en calor, y luego del viento, por la atmósfera, cada vez que acumula una pérdida invisible en la energía solar. Además, cuantas más turbinas eólicas instale, menos energía permanecerá en la atmósfera para que cada turbina salga de ella. Lo mismo sería cierto para la energía de evaporación.
El sur y el oeste de los Estados Unidos tienen la mayor capacidad para producir energía generada por evaporación a partir de lagos y embalses. (Ahmet-Hamdi Cavusoglu) Si no va a reducir en gran medida la necesidad de otras fuentes de energía, ¿qué podemos obtener de ella?
No hay una respuesta única para las necesidades de energía humana. Incluso si no producimos el 70 por ciento de nuestra energía de esta manera, aún puede contribuir. Un pequeño porcentaje de la potencia total que calcularon aún afectaría a la industria de las energías renovables. La energía eólica, en este momento, representa decenas de gigavatios, y la energía solar aún menos, por lo que incluso un pequeño porcentaje de la energía de evaporación total disponible haría una gran abolladura.
Pero también hay beneficios más allá del poder. A medida que cosecha energía, las tasas de evaporación disminuyen. Especialmente en el oeste americano, donde el ambiente es seco y las fuentes de agua son limitadas, cubrir los reservorios puede ayudar a reducir la evaporación general, dejando más agua para riego y consumo humano.
Además, este tipo de energía podría abordar uno de los desafíos actuales de las energías renovables, el del almacenamiento de energía. La evaporación ocurre no solo durante el día, sino también por la noche, cuando el calor acumulado por el sol del día impulsa el vapor hacia el aire nocturno más frío. La energía solar y, en menor medida, la energía eólica se apagan por la noche, que es cuando más necesitamos la energía. La energía de evaporación podría complementar otras soluciones a pedido para este problema, como baterías de iones de litio, baterías azules o energía geotérmica.
¿Qué efectos secundarios podría tener esto para lagos, ríos y ecosistemas?
Esto no es algo que se abordó en la investigación de Sahin. Su grupo ejecutó los números, y dice que el contexto es para que otros analicen a medida que la tecnología se desarrolla más. Las evaluaciones ambientales deberán realizarse en una ubicación por ubicación. En algunos casos, eso significará estudiar la vida silvestre que vive en y alrededor de un cuerpo de agua. En otros, se debe abordar el uso recreativo, industrial o de transporte del agua.
Incluso la evaporación en sí misma podría afectar la humedad del área circundante. A gran escala, señala Sahin, la humedad atmosférica está dominada por los océanos. Pero pequeñas bolsas de aire más seco, donde esta tecnología está frenando la evaporación, podría tener efectos menores en las plantas o la agricultura allí. Y podría tener un efecto significativo en la temperatura del agua que cubre. Pero todo depende de qué porcentaje de cada cuerpo de agua esté cubierto.
¿Qué barreras aún existen para implementar esta tecnología?
Hazlo más eficiente. Ampliarlo. Hacer evaluaciones ecológicas. Estamos en las primeras etapas de un proceso importante. Aunque es razonable pensar que la tecnología escalará bien, solo repitiendo bloques de los dispositivos propuestos, solo se ha estudiado a pequeña escala: la investigación de 2015 presentó un solo motor rotativo. Puede haber más oportunidades para aumentar la eficiencia, como optimizar materiales y reducir el costo de producción, o combinar los sistemas en motores más grandes. Y los estudios ambientales tendrán que evaluar el efecto en los ecosistemas donde se pueda implementar.
