En un mundo donde las necesidades
energéticas son cada vez mayores, la inversión en investigación y desarrollo se
ha convertido en un factor clave para dar solución a los grandes problemas a
los que se enfrenta el ser humano. Durante el último año, ingenieros de todo el
mundo han conseguido importantes avances en este campo, centrándose la mayoría
de ellos en el sector de las renovables, lo que demuestra el creciente interés
en sistemas, métodos y técnicas más sostenibles y respetuosas con el medio
ambiente. En Fieras de la Ingeniería enumeramos algunos de los principales
avances e innovaciones tecnológicas en el campo de la energía llevadas a cabo
durante el último año.
Diseños fotovoltaicos
ultra-eficientes:
Una célula solar de cuatro
conexiones, desarrollada por los ingenieros del Instituto Fraunhofer para
Sistemas de Energía Solar, Soitec y otras dos organizaciones de investigación,
lograron un récord de eficiencia del 44,7% al convertir la luz solar en
electricidad en septiembre de 2013. La estructura de esta célula solar está
compuesta por cuatro sub-células fabricadas con diversos materiales
semiconductores, cada una diseñada para la absorción de los diferentes rangos
de longitud de onda del espectro solar.
Antes de este descubrimiento en el
mismo año, un equipo dirigido por el Dr. Harry Atwater, un físico del Instituto
de Tecnología de California, desarrolló un prototipo solar ultra-eficiente
integrando un concepto de célula multi-conexión utilizando una tecnología de
división de haz espectral. El diseño permite la división eficiente del espectro
de la luz solar de seis a ocho longitudes de onda, produciendo cada una un
color de luz diferente que pasa a través de una celda fabricada de un
semiconductor específico que puede absorberlo. El diseño final de la tecnología
se estima que sea capaz de alcanzar una eficiencia de conversión que podría
superar el 50%.
El diseño de este primer prototipo
utiliza un metal reflectante para recoger la luz solar y dirigirla a un ángulo
específico en el panel solar con múltiples células solares. El amplio espectro
de la luz solar se divide en diferentes colores a medida que pasa a través de
la estructura, encontrando una serie de filtros ópticos. Además, el equipo del
Dr. Atwater también se encuentra inmerso en el desarrollo de otros dos diseños
basados en este pionero concepto. Uno de ellos utiliza filtros ópticos a
nanoescala para filtrar la luz proveniente desde cualquier ángulo. El otro
utiliza un holograma en lugar de filtros para dividir el espectro. Cuál de
estos diseños ofrecerá el mejor rendimiento está todavía por verse.
Baterías de flujo para el
almacenamiento de energía renovable a gran escala:
Un equipo de ingenieros del
Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) diseñaron una batería de flujo de
bajo coste para almacenar la electricidad de origen renovable a gran escala.
Mediante un prototipo desarrollado con esta innovadora tecnología, se demostró
que la batería conseguía un rendimiento significativamente mayor que la mayoría
de las baterías de iones de litio y otros sistemas comerciales y experimentales
de almacenamiento de energía.
Los reactivos utilizados en el
dispositivo de almacenamiento se basan en una solución compuesta por bromo
líquido (menos costoso) e hidrógeno, incorporando tecnología de flujo laminar
que permite a los líquidos ser sometidos a reacciones electroquímicas entre dos
electrodos en dos corrientes paralelas separadas sin una membrana.
Además, en enero de 2014 un equipo
de científicos e ingenieros de la Universidad de Harvard demostraron una nueva
tecnología de batería de flujo que utiliza moléculas orgánicas llamadas
quinonas (disponibles en abundancia en el petróleo crudo y plantas verdes), en
lugar de emplear electrolitos de metales preciosos como el vanadio y platino.
Como resultado, la nueva tecnología de batería de flujo ofrece un medio rentable
de almacenamiento de energía renovable a gran escala a partir de fuentes
eólicas y solares en la red.
Almacenamiento de energía eólica
marina:
Los investigadores del MIT han
desarrollado recientemente un método para almacenar y utilizar en demanda la
electricidad generada por los parques eólicos marinos. La nueva tecnología
representa un salto importante en la atenuación de la intermitente e
impredecible naturaleza de la generación de energía eólica marina.
Este concepto de almacenamiento de
energía eólica flotante, implica la construcción de una esfera hueca de
hormigón con un diámetro de 30 m y un espesor de 3 m, situada en el fondo del
mar. El concepto prevé una bomba conectada a la estructura del aerogenerador
bajo el agua, que puede ser accionada cuando haya exceso de producción
eléctrica, permitiendo bombear el agua de mar desde la esfera hueca. El agua
puede posteriormente fluir vuelta a la esfera a través de una turbina
hidroeléctrica conectada a un generador cuando sea necesario, produciendo así
energía en ausencia de viento.
Avances en el desarrollo de
tecnología de fusión nuclear:
La investigación en el área de
desarrollo de tecnología de fusión nuclear alcanzó un nuevo hito en septiembre
de 2013, cuando un experimento realizado por científicos del National Ignition
Facility, ubicado en Livermore, California, confirmó que la cantidad de energía
liberada por la reacción de fusión nuclear podría ser mayor que la energía
absorbida por el combustible.
La tecnología de fusión nuclear
implica la generación de energía a través de la fusión de dos o más átomos
ligeros a uno más grande, a diferencia de la tecnología de fisión nuclear
convencional mediante el cual la energía se libera a través de la división de
átomos. Las partículas liberadas por la fusión se estima que son menos
radiactivas, produciendo más energía que la liberada por la de fisión.
La viabilidad comercial de la
tecnología de fusión puede ser realidad en un futuro próximo con las
innovaciones en curso. El reactor más grande del mundo experimental de fusión
nuclear, denominado ITER, se está desarrollando en el centro de investigación
científica francés Cadarache como un proyecto conjunto de varios países,
incluyendo los Estados Unidos, Rusia, India y Japón. Además, el grupo de
investigación de la superconductividad de la Universidad de Twente hacia
finales del 2013, desarrolló un sistema de cable superconductor que puede
ayudar a crear un campo magnético lo suficientemente fuerte, como para
controlar el plasma enormemente caliente en el núcleo del reactor de fusión.
Cometas submarinas para la
generación de energía mareomotriz de baja velocidad:
Los ingenieros de la compañía sueca
Minesto, han desarrollado una tecnología de nueva generación para aprovechar la
energía a partir de las corrientes oceánicas a baja velocidad. La nueva
tecnología utiliza un dispositivo llamado “Deep Green” parecido a un cometa
bajo el agua, que abre una nueva oportunidad para la generación de energía en
los océanos de todo el mundo, de un modo que no puede de otra manera ser
explotado con las tecnologías existentes.
El innovador dispositivo de energía
marina está equipado con un ala hidrodinámica y una turbina sin engranaje
anclada al fondo del océano. El dispositivo puede flotar hasta 20 metros por
debajo de la superficie del agua a lo largo de una trayectoria controlada para
maximizar la producción de energía. El agua que pasa a través del dispositivo
levantando el ala, hace girar la turbina para generar electricidad.
Un proyecto piloto basado en esta
tecnología, comenzó a producir energía a finales de 2013 en Strangford Lough,
Irlanda del Norte, demostrando su capacidad para producir electricidad a partir
de corrientes con una velocidad inferior a 2,5 m/s. Dado el éxito, los
ingenieros de Minesto están planeando una instalación a gran escala con una
capacidad de 3 MW para el año 2015.
Proyecto Tecnológico Hidráulico:
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