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Punto Sigma

La ciencia nace de la suma del conocimiento

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Category: Energía

El sol es la mayor fuente de energía para nuestro planeta y, por ello, las tecnologías para convertirla en electricidad son una gran fuente de debates. Este debate se divide mayoritariamente entre los partidarios de el uso de la tecnología solar fotovoltaica y los de la tecnología solar térmica.

Así pues vamos a valorar las eficiencias de cada uno de los sistemas:

La tecnología solar fotovoltaica es usada comúnmente en zonas aisladas aunque se han efectuado grandes instalaciones de generación. La energía fotovoltaica se basa en atrapar la radiación solar mediante semiconductores que producen un diferencia de tensión provocando un flujo de corriente.

P.fotovoltaica

Variabilidad en la producción de un panel fotovoltaico

Este corriente es continuo, a diferencia del de la red que es sinusoidal trifásico. Debido a esto se ha de aplicar electrónica de potencia, con sus respectivas perdidas, para adaptarlo a la señal sinusoidal, aún así esta señal siempre perturba la red y causa armónicos. Además como la energía solar sufre cambios bruscos en su radiación debido a la interferencia de las nubes las perturbaciones en la red y su control se hacen altamente complicados.

Onda sinusoidal con armonicos

EnSights (ondas sinusoidales con armonicos)

Hace un año el grupo Caltech descubrió una estructura de captación capaz de obtener rendimientos del 80% con algunos longitudes de frecuencia[1], lo cual no quiere decir que su rendimiento global llegue al 80%, pero podría suponer llegar a eficiencias del 40-50 %.

Colectores de la radiación

En cuanto a la tecnología solar térmica, esta ha evolucionado estos últimos años hacía la concentración de la energía en torres o bien en largos tubos. Generalmente, en este proceso primero se calentaba un fluido, normalmente agua, y se llevaba a la turbina donde se disipaba su energía y volvía a iniciar el ciclo.

 Con el proceso anterior de noche no se podía trabajar de noche,  así, en Granada (España)[2] se desarrollo otro sistema en el que la energía del agua se intercambiaba en un tanque de sales  aislado térmicamente y de ahí se volvía a calentar otro fluido mediante intercambio de energía hasta la turbina. Con este proceso se ha conseguido que la energía solar térmica en países en latitudes alejadas de los hemisferios se pueda producir energía durante la noche y reducir la variabilidad del sistema. Aún así el rendimiento del sistema suele siempre ser de un 30-50% aproximadamente, aunque descargando una señal a la red totalmente sinusoidal.

Así se puede concluir que de momento la tecnología más fácilmente de implementar es la térmica ya que tiene una variabilidad menor y no provoca grandes perturbaciones en la red. Aunque en un futuro con baterías de almacenamiento de alto rendimiento y más eficientes técnicas de control la fotovoltaica es muy posible que se imponga debido a su mayor eficiencia.

[1] Caltech

[2] Scientific American

Se ha demostrado lo que parecía imposible en HM Cancri. Existe un sistema solar binario en que las dos estrellas giran cada 5,4 minutos.

Para hacerse una idea de las velocidades y las proporciones de este sistema binario (que es el más pequeño conocido), lo forman dos enanas blancas que giran a una distancia aproximada de una cuarta parte de la distancia que nos separa de la luna.

Este ciclo tan rápido y la gran masa de las estrellas las hace sumamente singulares, ya que provoca un intercambio de masa entre las estrellas que genera intensas emisiones de rayos X con una energía mayor que la de todo nuestro sol. Por otro lado, según los indicios, podría ser una potente fuente de ondas gravitatorias.

La particularidad respecto a las ondas gravitatorias de este sistema, que está a la corta distancia de 16.000 años luz la hacen un excelente fuente de estudio del futuro satélite LISA, que servirá para medir las ondas gravitatorias como las que podría estar emitiendo HM Cancri.

Una vez más el universo nos sorprende, pero este par de estrellas que están prácticamente en el límite de lo que podemos observar no son más que otra pequeña “particularidad” que nos da una idea de las cosas increíbles que quedan por descubrir.

Se ha descubierto un polímero que actúa a modo de esponja para el petróleo, reteniéndolo y separándolo del agua.

Al parecer este nuevo material permite separar el petróleo del agua, almacenarlo y posteriormente separar otra vez el petróleo para ser reutilizado.

Este materia superligero podría revolucionar los sistemas de limpieza de vertidos de crudo que cada año se estiman entre 10 y 25 millones de barriles (solo en Estados Unidos), reaprovechando todos estos recursos que de otro modo se perderían y evitando cuantiosos daños al medio ambiente.

Un equipo de científicos del instituto FOM, han conseguido crear un campo electromagnético entre nano-electroimanes con el campo magnético de la luz.

Esto permite desviar la luz en cualquier dirección con este tipo de campos permitiendo crear lentes perfectas o “capas de invisibilidad”.

Para hacernos una idea, la luz no deja de ser una fluctuación del campo magnético y eléctrico muy rápida que se puede manipular si interactúas a muy altas frecuencias… el problema es que los átomos no responden muy bien a los cambios tan rápidos de campos magnéticos.

Debido a estos problemas para interactuar con la luz los dispositivos ópticos que tenemos (lentes, espejos, fibras ópticas) no pueden interactuar con la luz del modo en que se ha conseguido hacerlo con los llamados “meta-materiales” artificiales que han creado en el instituto FOM.

Una vez más, la ciencia ficción ya se adelantó!

Textura en 3D

Un equipo de investigación del Georgia Tech ha patentado un nuevo diseño de placa fotovoltaica con torres tridimensionales microscópicas.

Estas placas, a diferencia de las placas fotovoltaicas normales que son lisas, tienen una textura tridimensional, formada por torres. Estas estructuras tridimensionales hacen que la placa capture mejor la energía solar, hasta el punto que estas placas resultan un 300% más eficientes que las antiguas.

La idea detrás del éxito de este sistema es sencillo, pero ingenioso:

En una placa fotovoltaica lisa normal una parte importante de la luz rebota i no tiene oportunidad de ser usada para producir energía, así que la idea es cazarla cuando rebote y hacer que rebote tantas veces como sea posible contra la misma placa para aprovechar más la luz.

¿Cómo se consigue esto? Creando una textura irregular de torres de diferentes alturas (como si de edificios se tratara), de modo que la luz que rebota en unos se estrella contra la fachada de otros y la luz que se va colando en las “calles” ya no se escapa.

Con esta idea sencilla la placa en 3D aprovecha mucho mejor la luz que las placa lisa.

Además de esto, este tipo de placas, por su forma de capturar la luz no necesitan estar directamente enfocadas hacia el sol (en realidad cazan mejor la luz en ángulos oblicuos).

Estas nuevas células fotovoltaicas tridimensionales podrían relanzar la energía fotovoltaica como la mejor opción para dispositivos portátiles.

En los últimos años han surgido varios proyectos de producción eólica mediante zeppelins, aunque no se han llevado acabo, los que los han pensado realmente han creado un sistema renovado aunque con algunos problemas bastante obvios ( ¿y si se escapa el zeppelin?).

El primer proyecto es la SuperTurbina de la empresa Selsam, se compone de diversos rotores a lo largo de una super cuerda que se extiende hacia el cielo. La idea es que un zeppelin la sostenga en el aire ya sea en áreas marinas o terrestres.

La mayoría de las turbinas eólicas se centran en incrementar el área de barrido de las palas o en mejorar la aerodinámica, pero esa no es la única forma, y la SuperTurbine, utiliza el recurso de la altura y también otros sistemas que Selsam muestra en su sitio web. Uno que ya tienen desarrollado es el rotor doble, un aerogenerador con dos turbinas y por ende dos juegos de palas, un sistema apto para el hogar.

Pero nos centramos en su concepto que puede llegar a tener un muybuenfuturo a gran escala. Esta superturbina puede tener un área de barrido pequeña en cada rotor, lo que la hace menos molesta a la vista y la convierte en un pequeño parque eólico colgante y flotante en el aire. Ya que al tener múltiples rotores, aprovechan mejor el viento y pueden producir una potencia mayor con un área individual de barrido pequeña, ya que en las zonas altas de la atmósfera no hay turbulencias previas en el viento y por tanto se aprovecha toda la fuerza efectuada por el viento.

El sistema está preparado para soportar tormentas, incluso, ya que pueden descender con facilidad a alturas menores, e incluso ser sumergidas sin problema.

Por ahora es tan sólo un concepto, pero que ya está siendo aplicado a escala menor, sin embargo falta mucho para que se pueda hacer en una escala enorme como la que se plantea con los zeppelins. Pero al menos ya se puede utilizar el sistema en los hogares, veremos si en el futuro pueden llevarlo a la escala industrial y comercial que sería necesaria para producir muchos megavatios.

¿Seguro que muchos os habréis preguntado alguno vez como es que tenéis energía en el instante que la queréis?

Y como debíais imaginar , la respuesta no es sencilla.

Todo nuestro sistema se basa en unas estimaciones estudiadas durante años para predecer los hábitos de consumo, pero con eso no basta, no se pueden predecer eventos esporádicos que pueden hacer decrecer, o aún peor , incrementar de golpe el consumo. Por esa razón se utilizan las centrales hidroeléctricas y las centrales térmicas como “reguladoras”, las térmicas pueden reducir su generación o cerrarse relativamente rápido y las hidráulicas son bastante útiles en este sentido ya que tanto pueden generar y regular su generación como pueden consumir ( para subir agua a pantanos superiores en caso de ser centrales de bombeo).

Una de las razones por la cual se nos insiste tanto en reducir nuestro consumo eléctrico es que cada vez provocamos picos más grandes durante el día y por tanto se necesitan más energías variables, que en España solo pueden ser las térmicas ya que la hidráulica esta prácticamente al 100% de su capacidad de uso. Así pues ya tenéis otra buena razón para pensarlo dos veces antes de encender una luz.

Si queréis ver todo esto vosotros mismos podéis mirar esta estadística a tiempo real de Red Eléctrica Española donde hay el consumo, la generación de CO2 por hora, la estimación de consumo, etc… de España.

(La imagen té dirgira a la web)

Recientes estudios presentados sobre la fijación de dióxido de carbono emitido por los combustibles fósiles en la Unión Europea, aportan una nueva visión bastante más mala respecto a lo que se creía.

En concreto, se calculaba que aproximadamente un 19% del dióxido de carbono emitido era absorbido por los bosques y praderas, pero los nuevos estudios revelan que el uso del suelo en Europa para la agricultura provoca la emisión de gases de efecto invernáculo de alta potencia que cancelan la fijación del carbono hasta un 2% del total emitido.

La conclusión es clara, debemos replantearnos la alimentación del ganado para que emitan menos metano (darles a las vacas cosas que les den menos gases) y no usar fertilizantes basado en nitratos (o racionalizar su uso).

Si queremos que los ecosistemas y los bosques europeos ayuden contra el cambio climático, debemos cambiar la gestión del suelo en la agricultura de forma inmediata.

En Carnegie Institution han descubierto una nueva de solucionar el eterno problema del almacenamiento del hidrogeno (que es un buen combustible pero no es muy práctico de almacenar).

El método consiste en someter una mezcla de hidrogeno y xenón a muy altas presiones (entre 41.000 y 250.000 veces la presión a nivel del mar) para crear una estructura solida y estable a nivel molecular muy rica en hidrogeno.

Para hacerse una idea de cómo se forma esta estructura debemos pensar en los diamantes, porque aunque la forma no es la misma, la idea es parecida. Al parecer la mezcla de hidrogeno y xenón sometida a muy altas presiones se reorganiza (como en el caso de los diamantes) de un modo que sorprendentemente da lugar a un entramado de enlaces que son estables.

Si bien el xenón, que es un poco caro, no es una buena alternativa a nivel comercial, este descubrimiento abre nuevas vías para buscar otros elementos más ligeros que puedan formar estructuras con propiedades parecidas. Un paso más de cara a la mejora del almacenamiento de energía.

Una nueva energía alternativa nos llega de manos de una compañía noruega, la idea es como mínimo “original”. Se basa en generar energía eléctrica a partir de la mezcla de agua dulce y salada, sacando energía del proceso de osmosis.

Proceso de osmosis

En concreto esta empresa noruega ha conseguido crear una planta piloto que mueve una turbina con la energía creada al mezclar agua dulce con agua salada con una membrana permeable en medio, mediante osmosis (la osmosis es la tendencia del agua dulce a diluirse en el agua salada cuando las dos aguas están separadas por una membrana permeable).

La empresa ha calculado que sobre el 2015 sería posible producir este tipo de energía a gran escala y que hay un potencial de 1.600TWh al año, España consume unos 280TWh al año aproximadamente.

Está claro que esta tecnología no es ninguna panacea para solucionar a nivel global tal como se planea aquí, pero se me ocurren algunos otros sitios donde hay diferencias de salinidad y corrientes que podrían perfectamente ser “equivalentes” a las presiones osmóticas con una energía potencial realmente impresionante.

En concreto tenemos las “bombas” de agua de la corriente del golfo y la corriente misma, con una potencia equivalente a la osmosis en zonas enormes, eso si podría ser una diferencia significativa a nivel energético si fuese aprovechado.