Construyen un nuevo motor térmico que es altamente eficiente y está diseñado para funcionar junto a fuentes de energía renovables

El problema es que no obtienes energía (renovable) cuando quieres”, explicaba a Gizmodo por videollamada Asegun Henry, ingeniero mecánico del MIT y autor del nuevo estudio que acaba de ser publicado en Nature. “Solo la obtienes cuando el clima es favorable: cuando sale el sol o cuando sopla el viento”.

La respuesta a este dilema radica en lo que Henry llama “baterías térmicas”, donde la energía proveniente de las fuentes de energía renovables, como la solar, se almacena en forma de calor.

Las baterías térmicas podrían “enviar” energía a la red eléctrica cuando sea necesario, dijo Henry. Las baterías de iones de litio no son suficientes para cumplir con este propósito.

Desafortunadamente, las baterías de iones de litio son demasiado caras, y se han realizado varios estudios que han analizado cuán barato debe ser el almacenamiento para que tengamos una red completamente renovable”, explicó Henry. “Así que ahí es donde desarrollamos esta tecnología, las baterías térmicas, porque almacenar energía en forma de calor en lugar de almacenarla electroquímicamente es entre 10 y 100 veces más barato”.

Esta celda termofotovoltaica está basada en la física fundamental de los semiconductores. Los átomos dentro de las aleaciones de un semiconductor tienen una banda prohibida (también llamada brecha energética), la distancia entre la capa de valencia de los electrones y la banda de conducción. Cuando los electrones de la banda de valencia se cargan de energía, se excitan y saltan de la banda de valencia a la banda de conducción. Este salto provoca una liberación de energía, en la que la cantidad precisa de energía liberada se rige por la distancia de la banda prohibida. En otras palabras, la cantidad de energía que se libera está determinada por la cantidad de energía que necesita el electrón para cruzar por la banda prohibida.

Los electrones de esta célula termofotovoltaica se encuentran dentro de sus aleaciones, y se apilan unos encima de otros como las capas de una tarta. La celda está hecha de dos capas de aleaciones semiconductoras y una capa reflectante de oro. Las aleaciones de este experimento fueron elegidas de acuerdo con la longitud de onda de los fotones necesarios para alimentar la celda con su máxima eficiencia.

La posición de las aleaciones dentro del motor térmico también fue un factor importante. La primera capa fue diseñada para tener la banda prohibida más grande y así capturar los fotones de mayor energía. Los fotones no capturados por la primera capa caen a la segunda capa y empujan los electrones a través de una brecha energética más pequeña. Si un fotón no tiene suficiente energía para empujar a un electrón a través del espacio en la primera o segunda capa, ahí es donde la capa reflectante de oro puede reflejar los fotones hacia la fuente de luz y así reducir el desperdicio de energía. La clave, sin embargo, es de dónde provienen estos fotones.

Trabajando en un ambiente de laboratorio controlado, Henry y el resto de investigadores obtuvieron los fotones del metal sobrecalentado ubicado directamente sobre el motor térmico.

Para almacenar energía en forma de calor, una fuente de energía renovable se encargaría de alimentar los calentadores resistivos que calientan el metal líquido. Luego, el metal líquido sería bombeado sobre bloques de grafito, algo que Henry describe como si tuviésemos “el Sol metido en una caja”. Este hipotético sol operaría a la mitad de la temperatura de nuestro Sol y luego alimentaría los calentadores resistivos que envían fotones a los motores térmicos, que se almacenarían uno encima del otro en una gran matriz.

Henry reconoció rápidamente que esto suena como algo sacado de una novela de ciencia ficción, pero la investigación realizada por el mismo equipo hace cinco años fue la que les inspiró a seguir impulsando esta metodología. Fueron los primeros en demostrar que era posible bombear metal líquido por encima de los 1.000 grados Celsius, un logro que les valió incluso un récord Guinness.

Dijo que un peligro potencial de una batería térmica a gran escala unida a una fuente de alimentación con un motor térmico es que operaría en un entorno libre de oxígeno. Idealmente, el sistema de almacenamiento estaría diseñado de tal manera que cualquier servicio se pudiera realizar de forma remota, pero dijo que las inspecciones y reparaciones periódicas aún pueden ser realizadas de forma segura.

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04473-y

Acerca de Félix Ruiz

Trabajador Social de formación y apasionado de las temáticas relacionadas con el misterio desde siempre. Redactor de noticias, escritor novel, lector compulsivo y buscador incansable de preguntas que compartir con todo aquel que sea curioso y quiera saber más.

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