Camina hacia un lugar para acampar evasivo, paquete lleno de equipo suficiente para mantenerse contento para un retiro de tres días lejos de la vida caótica de la ciudad. Pero cuando está listo para irse, se da cuenta de que no solo su teléfono celular se ha apagado, sino que la batería se ha gastado después de buscar una señal todo el tiempo que lo ha estado maltratando, sino que no puede recordar exactamente dónde se metió, lo que significa que el GPS en su teléfono es su salvavidas de vuelta a la realidad. Afortunadamente, debido a un nuevo material incorporado en su olla de cocción, todo lo que necesita hacer es encender la olla, calentar el agua en el interior y enchufar su teléfono en el puerto conectado a él. En solo unas pocas horas, su teléfono se cargará y podrá regresar de manera segura a su camión estacionado en el comienzo del sendero.
Investigadores de la Universidad de Utah descubrieron recientemente que el material no tóxico compuesto por tres elementos químicos: calcio, cobalto y terbio, genera energía termoeléctrica a partir del calor residual. Al intercalar el Ca3Co4Og entre una capa que está caliente, como una olla de cocción, y una capa que está fría, como la comida o el agua dentro de la olla, la carga del extremo caliente se mueve a través del extremo frío, produciendo un voltaje eléctrico.
La energía se genera a través de un proceso termoeléctrico utilizando diferencias de temperatura. En este caso, el investigador post-doc de ciencia e ingeniería de materiales Shrikant Saini dice que incluso un grado de diferencia de temperatura produce un voltaje detectable.
"En los materiales termoeléctricos, cuando un extremo del material está caliente y el otro extremo está frío, los portadores de carga del extremo caliente se mueven a través del material hacia el extremo frío, generando un voltaje eléctrico", dice Saini, autor principal del artículo recientemente. publicado en Scientific Reports . "Unos pocos miligramos de este material proporcionarán aproximadamente un microvatio de electricidad".
Debido a que el material es un descubrimiento tan nuevo, Saini dice que están analizando los gramos exactos en vatios; sin embargo, su estimación aproximada muestra que para generar un vatio de energía, necesitan alrededor de cinco gramos del material.
En este gráfico, el calor de una estufa caliente, junto con el agua más fría o la comida en una olla, puede generar suficiente electricidad para cargar un teléfono celular. (Ashutosh Tiwari) Un viejo proverbio nos advierte que “no desperdiciemos, no queramos”. Pero el desperdicio, desperdicio de energía, es difícil de capturar. En los Estados Unidos, casi la mitad de nuestra energía se pierde debido a la ineficiencia, y la mayoría de nuestra energía aún se genera a partir de petróleo, gas natural y carbón no renovables. De acuerdo con una tabla energética de EE. UU. Reunida por el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, de los 97, 4 billones de unidades térmicas británicas (o quads) de energía bruta generada en 2013 a partir de energía solar, nuclear, hidráulica, eólica, geotérmica, gas natural, carbón, biomasa y petróleo, solo se utilizaron 38, 4 quads. Eso significa que se desperdiciaron 59 quads. Encontrar una manera de recolectar y usar esta energía desperdiciada podría proporcionar un recurso sostenible para el futuro.
"El calor residual es, de hecho, un gran depósito de energía posible que se pasa por alto en gran medida", dice Jeffrey Urban, director de instalaciones inorgánicas de Molecular Foundry en Berkeley Labs. "La termoeléctrica es una ruta prometedora para aprovechar y aprovechar este recurso: convierten directamente el calor en electricidad sin partes móviles, fluidos de trabajo u otra complejidad mecánica".
Urban señala que la eficiencia, los costos de los materiales y la facilidad de implementación son consideraciones importantes de ingeniería, y agrega: "Debido a la compleja física del transporte, la termoeléctrica tiende a funcionar de manera óptima a una sola temperatura en particular".
Las composiciones de materiales termoeléctricos anteriores estaban hechas de cadmio, telururo o mercurio, elementos que eran tóxicos para los humanos y, según la investigación de Saini, no tan estables como la combinación de Ca3Co4Og. Además, los materiales termoeléctricos anteriores no eran escalables porque se derivaban de la fabricación o fabricación de cristales individuales, lo que es costoso y desafiante. La combinación química de Saini puede permitir la aplicación a gran escala de esta tecnología termoeléctrica porque los productos químicos están disponibles para mezclar y cocinar para obtener el material no tóxico, lo que facilita su fabricación en lotes más grandes. Esto hace que el descubrimiento sea un posible cambio de juego.
"Anticipamos muchas aplicaciones de este material", dice Saini. La Universidad de Utah ha solicitado una patente. Saini no puede revelar algunos detalles específicos, pero agrega que el material recién descubierto podría usarse en joyas, ollas y automóviles, o incluso en futuras aplicaciones médicas.
La termoelectricidad, o electricidad producida a través de las diferencias de temperatura, se originó en 1821 cuando Thomas Seebeck y Jean Peltier descubrieron la conversión del calor en electricidad. Tres décadas más tarde, en 1851, William Thomson (también conocido como Lord Kelvin) descubrió que pasar una corriente eléctrica a través de un material puede calentarlo o enfriarlo, dependiendo de cómo se difunden los electrones. Desde entonces, el campo ha seguido evolucionando a medida que los científicos trabajan para llevar la tecnología termoeléctrica a una tecnología escalable.
Joshua Zide, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Delaware, estudia elementos de tierras raras, particularmente terbio, que es parte de la combinación de elementos químicos para el descubrimiento de Saini. Él dice que el terbio no es necesariamente tan abundante como sugieren los investigadores, aunque la cantidad utilizada en la composición química puede hacer que grandes cantidades sean un punto discutible.
"[El terbio] es, de hecho, mucho más común que el telurio, que se usa comúnmente en termoeléctrica, pero en realidad es algo raro", dice Zide. "Esto ha dado lugar a grandes aumentos de precios en los últimos años a medida que la demanda se ha disparado tanto para las células solares fotoeléctricas termoeléctricas como para CdTe solar [telururo de cadmio, las segundas más comunes en el mercado]".
Saini dice que esta tecnología termoeléctrica tardó casi diez años en hacerse realidad, con el objetivo inicial de crear un material eficiente antes de que el equipo agregara bio-amigable a sus requisitos finales. Una vez que el producto está patentado, quieren presentarlo comercialmente. "En este punto, solo podemos decir que en los automóviles hay mucho calor residual, que se puede utilizar para convertirlo en electricidad", dice Saini.
El futuro de la energía termoeléctrica es prometedor, especialmente con este nuevo descubrimiento. Art Gossard, profesor emérito de materiales e ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de California-Santa Bárbara, cree que la nueva tecnología podría tener aplicaciones futuras en el avance militar, particularmente el barco totalmente eléctrico.
"Podría utilizar el calor que proviene de sus calderas y reactores para generar electricidad que luego conduciría el motor eléctrico y empujaría la nave eléctrica", dice Gossard. “Este barco tendría la ventaja de no dejar atrás una columna de agua caliente, lo que facilita su rastreo. Pero requeriría megavatios de potencia, y la termoeléctrica aún no se ha ampliado en esa medida ".
Con este material, quizás lleguemos allí.
