¿Podría el calor de la corteza terrestre convertirse en la fuente de energía definitiva?
Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio y de Sanoh Industrial desarrollaron una batería muy estable que puede convertir directamente el calor en electricidad, proporcionando así finalmente una forma de explotar la energía geotérmica de forma sostenible.
Figura 1. Funcionamiento de la celda térmica: Aquí, la altura del edificio representa el estado energético de los electrones. Los electrones en la capa de semiconductores suben a un estado de alta energía por excitación térmica y luego se transfieren a la capa de transporte de electrones. Luego, pasan por un circuito externo y llegan al contraelectrodo. Las reacciones de redox tienen lugar en la capa de electrolito junto al contraelectrodo, proporcionando al semiconductor electrones de baja energía. A pesar de proporcionar un calentamiento continuo, este proceso finalmente se detiene a medida que los diferentes iones de cobre en el electrolito se reubican. Sin embargo, la batería puede revertir esta situación abriendo el circuito externo durante un tiempo determinado.
En un mundo en el que el consumo de energía va en aumento, nuestra única esperanza es el desarrollo de nuevas tecnologías de generación de energía. Aunque las fuentes de energía renovables que se utilizan actualmente, como la energía eólica y la solar, tienen sus ventajas, existe una fuente de energía gigantesca, permanente y sin explotar, literalmente, en nuestras narices: la energía geotérmica.
La generación de electricidad a partir de la energía geotérmica requiere dispositivos que de alguna manera puedan hacer uso del calor dentro de la corteza terrestre. Recientemente, un equipo de científicos del Tokyo Tech, liderado por la Dra. Sachiko Matsushita, ha hecho grandes progresos en el conocimiento y desarrollo de las células térmicas sensibilizadas (STCs), un tipo de batería que puede generar energía eléctrica en 100 ℃ o menos.
Existen varios métodos para convertir el calor en energía eléctrica, sin embargo, su aplicación a gran escala no es factible. Por ejemplo, las baterías redox calientes y frías y los dispositivos basados en el efecto Seebeck no pueden simplemente enterrarlas dentro de una fuente de calor y explotarlas.
El equipo del Dr. Matsushita ha reportado previamente el uso de STCs como un nuevo método para convertir el calor directamente en energía eléctrica usando células solares sensibilizadas por colorantes. También sustituyeron el colorante por un semiconductor para permitir que el sistema funcionara utilizando calor en lugar de luz. La figura 1 representa de forma ilustrativa el STC, una batería que consta de tres capas intercaladas entre electrodos: una capa de transporte de electrones (ETM), una capa de semiconductor (germanio) y una capa de electrolito sólido (iones de cobre). En resumen, los electrones pasan de un estado de baja energía a un estado de alta energía en el semiconductor al excitarse térmicamente y luego se transfieren naturalmente a la ETM. Después, salen por el electrodo, pasan por un circuito externo, pasan por el contraelectrodo y llegan al electrolito. Las reacciones de oxidación y reducción que involucran iones de cobre tienen lugar en ambas interfaces del electrolito, resultando en la transferencia de electrones de baja energía a la capa de semiconductores para que el proceso pueda comenzar de nuevo, completando así un circuito eléctrico.
Sin embargo, no estaba claro en ese momento si una batería de este tipo podía utilizarse como motor perpetuo o si la corriente se detendría en algún momento. Después de las pruebas, el equipo observó que la electricidad dejó de fluir después de cierto tiempo y propuso un mecanismo para explicar este fenómeno. Básicamente, la corriente se detiene porque las reacciones redox en la capa de electrolito se detienen debido a la reubicación de los diferentes tipos de iones de cobre. Y lo que es más importante, y también sorprendente, descubrieron que la batería puede revertir esta situación por sí misma en presencia de calor simplemente abriendo el circuito externo durante algún tiempo; en otras palabras, utilizando un simple interruptor. "Con un diseño de este tipo, el calor, normalmente considerado como energía de baja calidad, se convertiría en una gran fuente de energía renovable", afirma Matsushita.
El equipo está muy entusiasmado con su descubrimiento debido a su aplicabilidad, su respeto por el medio ambiente y su potencial para ayudar a resolver la crisis energética mundial. "No hay miedo a la radiación, no hay miedo al petróleo caro, no hay inestabilidad en la generación de energía como cuando se confía en el sol o el viento", comenta Matsushita. El perfeccionamiento de este tipo de baterías será el objetivo de futuras investigaciones, con la esperanza de resolver algún día las necesidades energéticas de la humanidad sin dañar nuestro planeta.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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