Cerca del 92% de toda la energía que utilizamos viene de la conversión del calor en energía mecánica y de ahí, en electricidad. Es el caso de los combustibles sólidos que se queman para convertir el agua en vapor y así mover una turbina, que a su vez está conectada a un generador.
Sin embargo, los sistemas mecánicos de hoy en día tienen una eficiencia relativamente baja, debido a sus partes móviles y a que no pueden ser reducidos al tamaño necesario para alimentar pequeños dispositivos tales como portátiles, teléfonos inteligentes o sensores.
Ser capaz de convertir el calor en electricidad sin necesidad de piezas móviles traería enormes beneficios para la tecnología del futuro. Ahora estamos más cerca de esa meta gracias a un grupo multidisciplinar del MIT (Massachusetts Institute of Technology), que han desarrollado un nuevo sistema fotovoltaico capaz de ser accionado solamente por el calor.
Esto significa que este sistema no requiere luz solar para convertirla en electricidad.
La fuente de calor puede ser cualquier cosa: la luz del sol, el combustible de los hidrocarburos, un radioisótopo en descomposición o cualquier otra procedencia. Siempre y cuando haya calor, este sistema fotovoltaico sería capaz de generar electricidad a partir de este calor.
O mejor habría que decir “sistema termofotovoltaico (TPV)”, que es la base física sobre la que gira: la conversión directa de calor a electricidad por medio de fotones. El sistema funciona a través de un material que tiene miles de millones de pequeños pozos a nanoescala grabados en su superficie. Estos pequeños hoyuelos ayudan a convertir la radiación del calor a las longitudes de onda de la luz, lo que a su vez permite a la instalación fotovoltaica generar electricidad a partir de ellas.
Si bien el concepto no es nuevo (la energía termofotovoltaica TPV se conoce desde mediados de los años 50) lo que es revolucionaria es la forma en que la ingeniería puede transformar la superficie de un material para convertir el calor en esas longitudes de onda comunes a las de la luz, seleccionando sólo las longitudes de ondas que coincidan con las que mejor pueden transformarse en electricidad en una célula fotovoltaica.
Pero, ¿cómo encontrar un material que tiene la propiedad mágica de emitir sólo en las longitudes de onda que queremos? La respuesta la han encontrado fabricando un cristal fotónico, tomando una muestra de material, en este caso tungsteno, y recreando algunas características a nanoescala en su superficie (por ejemplo, un patrón regular de repetición de agujeros o surcos) que propaguen la luz a través de la muestra de una manera radicalmente diferente.
Diagrama que muestra cómo al manipular la nanoestructura de los cristales fotónicos de tungsteno se modifica el espectro de la luz que emiten
Cuando la placa de tungsteno se calienta, genera una luz brillante con un espectro de emisión alterado debido a que cada pozo actúa como un resonador, capaz de dar una radiación en ciertas longitudes de onda única.
Sobre la base de esta la tecnología, los investigadores del MIT han fabricado un generador de energía del tamaño de un botón (bautizado como “generador de energía de micro-TPV”) que es alimentado por gas butano o propano y que tiene tres veces más duración que una batería de ion-litio del mismo peso.
Estos “micro-reactores” contienen cristales fotónicos en ambas caras planas, con un tubo externo para la inyección de combustible+aire y otro para expulsar los productos de desechos. En el interior del chip, el combustible y el aire reaccionan produciendo calor, que a su vez es convertido a longitudes de onda adecuadas por los cristales fotónicos.
Un segundo cristal fotónico montado en la cara del diodo fotovoltaico deja pasar el calor en las longitudes de onda que el diodo puede convertir en electricidad y refleja el resto de vuelta a los cristales fotónicos de tungsteno, donde es reabsorbido y reemitido. La electricidad a partir del diodo fotovoltaico pasa a un circuito electrónico que ajusta su voltaje para que coincida con el dispositivo externo que está encendido.
Este dispositivo se puede recargar al instante, simplemente introduciendo una cápsula pequeña de combustible fresco a modo de recarga. Los ingenieros y físicos del MIT confían en que a corto plazo puedan triplicar la densidad de energía actual. “En ese momento, nuestro minigenerador de TPV podría encender su teléfono inteligente durante una semana entera sin ser recargado” afirman.
Además de este generador, el MIT ha desarrollado otro dispositivo que utiliza el calor procedente de la desintegración radiactiva de un radioisótopo que produce constantemente calor y que podría generar electricidad durante 30 años sin reabastecerse de combustible y sin mantenimiento, una fuente ideal de energía eléctrica para una hipotética nave espacial dirigida a misiones de larga distancia del sol.
Es una pasada. En resumen, han conseguido fabricar un material que permite convertir el calor en electricidad convirtiendo la longitud de onda del infrarrojo a algo más aprovechable por una célula fotovoltaica.
Lo mejor es que puede, por tanto, usarse con cualquier fuente de calor, incluyendo isótopos radiactivos.
¡Los residuos radiactivos podrían ser útiles y aprovechables en un futuro!
![[sonrisa]](/images/smilies/nuevos/risa_ani1.gif "sonrisa")
