Como país, más de la mitad de lo que gastamos en energía se desperdiciará, según un informe del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.
Uno de los principales culpables es el calor. Las fábricas, como las fábricas de acero, emiten una enorme cantidad de energía en forma de calor, pero ese calor casi siempre escapa a la atmósfera, donde no puede hacer mucho bien.
Pero un equipo de científicos que trabaja en cooperación entre el Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Stanford ha desarrollado un nuevo tipo de batería que puede ayudar a aprovechar el escape de calor y canalizarlo hacia la red, aprovechando un principio menos conocido llamado efecto termogalvánico.
Hasta ahora, la mayoría de la investigación en torno a la conversión del calor residual se ha centrado en la energía termoeléctrica. Los generadores termoeléctricos, por ejemplo, han ido creciendo en popularidad en los últimos años. Los sistemas mueven electrones del lado caliente de un material conductor, como el metal, al lado frío; Una vez allí, los electrones se pueden convertir en una corriente para alimentar dispositivos o cargar una batería. Los generadores se utilizan para alimentar cosas como sistemas de radio y telemetría en tuberías de gas, como fuentes de energía de respaldo para sitios de investigación no tripulados, e incluso como fuente de energía renovable en el rover Mars Curiosity.
El sistema es tan conocido e investigado que ya se está utilizando en productos orientados al consumidor, incluido el popular BioLite CampStove.
Pero, según Yi Cui, profesor asociado de Stanford que ayudó a liderar el desarrollo de la nueva batería, los generadores termoeléctricos no pueden cosechar adecuadamente la energía de grandes plantas y fábricas que no funcionan tan caliente como, por ejemplo, una fogata.
El calor residual que sale de una fábrica de acero, por ejemplo, no es lo suficientemente caliente (o la batería no se puede enfriar lo suficiente) para que funcione una reacción termoeléctrica.
Trabajando en estrecha colaboración con un equipo en el MIT dirigido por Gang Chen, un investigador con una amplia experiencia en termoeléctrica, Cui desarrolló una batería diseñada específicamente teniendo en cuenta el llamado calor de "bajo grado".
El nuevo concepto se centra en una batería a base de agua bastante estándar con un electrodo positivo y negativo. El equipo colocó una batería vacía en un área con mucho calor residual y luego comenzó a cargarla. Una vez que la batería estaba completamente cargada, la enfriaron a temperatura ambiente, momento en el que se descargó, y la batería enfriada puede descargar más energía de la que se le puso.
Ese es el fenómeno termogalvánico en el trabajo.
"Un cambio en la temperatura provoca un cambio en la energía libre, y la potencia cambia mucho", dice Cui. En efecto, la batería está absorbiendo energía del calor residual; de lo contrario, se desperdicia energía que podría retroalimentarse a la red.
Las baterías, a diferencia de los sistemas termoeléctricos, actualmente no pueden desconectarse por completo de la red, ya que requieren una corriente continua para cargarse. Sin embargo, la idea es que necesitará extraer menos energía de la red para hacerlo.
El equipo todavía está experimentando qué tan rápido puede calentar y enfriar las baterías y cuántas veces se puede reciclar una celda antes de que se gaste. En el laboratorio, la batería tarda un par de horas en completar un ciclo de carga y descarga. El equipo no ha empujado ninguna celda a través de más de 50 ciclos.
En este momento, no tenemos una idea clara de cuánta potencia puede producir un sistema como el de Cui. Cui finalmente imagina un circuito de varias celdas que se pueden instalar en una fábrica. A medida que la temperatura de una celda aumenta por la exposición al calor residual, otra pasa al ciclo de enfriamiento.
"La mitad de ellos se están cargando a alta temperatura, y la otra mitad se están descargando a baja temperatura", dice.
Por el momento, el objetivo principal es el calor residual producido en fábrica, pero Cui siente que el sistema podría aplicarse en otro lugar en el futuro. El equipo también puede experimentar con otros materiales de batería que podrían permitir que el efecto termogalvánico se aplique a niveles de calor más altos, como los producidos por una chimenea o un horno.
En un momento en que los sistemas de recolección de energía ya se están volviendo comunes en el extranjero, sistemas como el de Cui podrían resultar invaluables para explorar nuevos reinos de energía en los Estados Unidos. En los próximos años, el calor del metro de Londres se utilizará para calentar alrededor de 1.400 hogares. Y gran parte de la energía de Dinamarca proviene del calor residual.
Con inventos como este, podríamos comenzar a ponernos al día.
