10 conceptos avanzados prometedores en energías renovables

Es el consenso de la comunidad científica que no solo está ocurriendo el cambio climático global, sino que es un resultado directo de las actividades humanas; además, que sus efectos son probablemente irreversibles. Un panel reciente de la ONU advirtió que sin un esfuerzo global para reducir las emisiones e implementar iniciativas de energía limpia, nosotros, nuestros niños, los niños de nuestros niños enfrentaremos algunos desafíos formidables en las próximas décadas.

Con ese fin, la ciencia siempre está buscando formas de mejorar la eficiencia y la eficacia de las alternativas de energía limpia. Aquí hay algunos desarrollos interesantes de los que podemos esperar escuchar mucho más en un futuro próximo.

10. Aldeas autosostenibles

El desarrollador de California ReGen Villages ha emprendido un programa piloto en los Países Bajos, que esperan expandir posteriormente a varios otros países europeos, incluidos Suecia y Alemania. Su concepto podría eventualmente revolucionar el desarrollo inmobiliario y suburbio. Construirían comunidades residenciales centradas en tierras de cultivo, luego implementarían alta tecnología para hacer que estos suburbios fueran completamente autosuficientes.

Además de utilizar técnicas de agricultura orgánica vertical para mantener a los residentes alimentados durante todo el año, estas comunidades gestionarán los desechos y generarán energía limpia en el lugar. De hecho, se proyecta que la comunidad piloto generará un excedente de energía, que se puede redistribuir a las redes circundantes. Una firma de arquitectos danesa está a cargo del diseño, que incluirá 25 residencias una vez finalizado en 2017. Esto eventualmente se expandirá a 100.

ReGen espera aprovechar el éxito de esta aldea piloto para trasladarse al norte de Europa a continuación, donde los climas fríos se traducen en una mayor demanda de energía; Las áreas densamente pobladas de India y África serían las siguientes en la agenda.

9. Pilas de combustible alimentadas con residuos

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Mientras que otros han encabezado esta área de estudio, investigadores de la Universidad de Bath han perfeccionado una pequeña “celda de combustible microbiana” cuadrada de una pulgada, capaz de extraer electricidad de las bacterias en la orina. Por extraño que parezca, la tecnología es un jonrón para superar el llamado «trilema energético». Esa es la necesidad de que las fuentes de combustible alternativas sean a la vez seguras, asequibles y sensibles al medio ambiente.

La cantidad de energía de la que estamos hablando aquí no es trivial. Solo una de las diminutas celdas de combustible puede generar lo suficiente para alimentar un pequeño dispositivo electrónico, y la cantidad de energía aumenta proporcionalmente cuando los dispositivos se apilan juntos. Si bien la producción de energía es inferior a la lograda por otras fuentes de energía limpia como la solar, esta tecnología tiene la ventaja significativa de ser extremadamente barata de producir. Cada unidad no cuesta más de un par de dólares y prácticamente no produce desperdicio por sí misma.

Por supuesto, también funciona con una fuente de combustible que nunca escaseará, y el equipo espera que su investigación ayude a llevar energía a áreas y lugares muy empobrecidos donde la entrega de energía convencional no es práctica. O, como dijo el Dr. Tim Mays, jefe del Departamento de Ingeniería Química de Bath, “el ‘pis-power’ renovable es una idea brillante y su uso en los países en desarrollo tendrá un enorme impacto positivo en la vida de las personas en áreas de pobreza energética. «

8. Batería de iones de litio / rejillas de paneles solares

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Independientemente de lo que sienta por Tesla y Elon Musk, es difícil argumentar que no muchas otras personas extremadamente ricas parecen estar tratando de hacer una diferencia, ambientalmente hablando. Si bien los famosos vehículos eléctricos de Tesla tienen una base de fans modesta pero rabiosa, Musk mismo piensa que el otro gran proyecto de Tesla, en el que los ingenieros han estado trabajando afanosamente en su fábrica de “Gigawatt” de Nevada, eventualmente generará muchos más ingresos para la empresa y será mucho más importante en términos de responsabilidad ambiental.

Los paquetes de baterías de iones de litio de Tesla, inicialmente comercializados como almacenamiento de energía complementario para sus vehículos, podrían contribuir en gran medida a reducir la carga de electricidad en el hogar promedio, que es donde Musk cree que los consumidores eventualmente aprovecharán al máximo. En el extremo inferior, se espera que la fábrica de gigavatios produzca 35 gigavatios hora de estas baterías por año, una cifra que representa, bueno, solo una cantidad increíble de energía, y tiene la capacidad de triplicar esta producción, si la demanda lo justifica.

Con su batería Powerwall para toda la casa decepcionante en sus ventas de pedidos anticipados, la compañía ha cambiado su enfoque a aplicaciones complementarias a la red, como los paquetes de baterías. Curiosamente, en Hawái, donde los precios de los servicios públicos están constantemente por las nubes, la compañía de energía solar Solar City, que está presidida por Musk, está construyendo una nueva planta utilizando un banco gigante de baterías Tesla para mantener el flujo de la red durante los períodos de alta demanda. Esto podría verse como un tipo de prueba de concepto para futuros diseños de baterías / redes solares. En el momento de escribir este artículo, Tesla está intentando fusionar con Solar City, un movimiento que ha recibido críticas mixtas.

7. Drones de mantenimiento de paneles solares

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Hablando de energía solar, la fuente de energía alternativa original ha demostrado un notable poder de permanencia desde que se puso a disposición comercial por primera vez en 1956. Si bien es fácilmente la más eficiente de todas las fuentes de energía limpia en términos de producción, se necesitan enormes granjas de paneles solares que comprendan cientos de acres. con el fin de alimentar a una población significativa. Como se puede imaginar, estas vastas matrices de paneles son muy difíciles y costosas de inspeccionar, mantener y administrar. Sin embargo, no mantener los paneles correctamente conduce a una reducción de la eficiencia. Además de esto, muchas de estas granjas están ubicadas en áreas remotas y peligrosas (como el medio del desierto de Arizona), lo que hace que el mantenimiento sea un verdadero peligro para la seguridad.

Ingresar el dron amistoso. Una empresa solar de California, CalCom Solar, ya los está utilizando para trazar sus proyectos terminados y está visualizando el uso de la tecnología existente para convertir básicamente drones en máquinas automáticas de mantenimiento de paneles solares. Los paneles rotos emiten una firma de calor distinta, fácilmente detectable por un dron con una cámara de imagen térmica. El mismo panel podría tardar semanas en ser detectado por trabajadores con dispositivos de mano, quienes, en particular, no pueden volar.

Incluso el mantenimiento se puede facilitar con los UAV. La ingeniera alemana Ridha Azaiz, quien comenzó a darle vueltas a su idea cuando tenía 13 años, ha pinceles especializados creados que se puede conectar a drones, que luego limpian suavemente el polvo y la suciedad de la superficie de los paneles. Esto les ayuda a operar hasta un 35% más eficientemente.

6. Fotosíntesis artificial

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En dos estudios separados publicados con pocas semanas de diferencia, los científicos suizos y estadounidenses se han acercado varios pasos a la reproducción artificial del proceso químico que tiene lugar en la fotosíntesis natural. Y, por lo tanto, estamos un paso más cerca de poder convertir la luz solar en un combustible químico.

Usando moléculas artificiales creadas para el experimento, los investigadores suizos en la Universidad de Basilea, Zúrich, pudieron producir cargas almacenables excitando las moléculas con un láser. Es importante destacar que esto se logró sin utilizar moléculas de sacrificio como «donantes de electrones», una barrera que anteriormente había hecho que el proceso fuera prohibitivamente ineficaz.

El equipo americanoMientras tanto, empleó un catalizador: moléculas de titanato de bario, que son ferroeléctricas (capaces de crear campos eléctricos internos). La luz que incide en las moléculas de titanato de bario da como resultado algo llamado «separación de carga», que (en pocas palabras) ayuda a facilitar la división del agua en oxígeno e hidrógeno. Todo esto es para decir que diferentes grupos de personas brillantes están muy cerca de crear combustible barato a partir de la luz y el agua, con la esperanza de que algún día podamos satisfacer nuestras necesidades energéticas emulando árboles, en lugar de talar innumerables acres de tierra. ellos.

5. Ventanas solares nanotecnológicas

Asimismo, muchos científicos emprendedores están trabajando en enfoques ligeramente diferentes para convertir ventanas ordinarias en generadores de energía solar. Esto se está logrando mediante la integración de la nanotecnología, la nanotecnología, el potencial favorito de todos, con células fotovoltaicas.

Los científicos del apropiadamente llamado Centro de Nanociencia en Lausana, Suiza, han pasado años perfeccionando “cristales de nanocables” – diminutos tubos, de los cuales se necesitarían 10,000 para igualar el grosor de un cabello humano. La idea es que estos nanocables, que son conductores, provocan una resonancia en la luz que pasa a su alrededor. Esto los hace más pequeños que la longitud de onda de la luz, lo que da como resultado concentraciones de la intensidad de la luz por un factor de 15. Eso es significativamente más alto que los paneles solares tradicionales. Por supuesto, la matriz de nanocables es lo suficientemente pequeña como para ser invisible cuando se aplica al vidrio. Posiblemente, esto podría convertir cada ventana de su casa en un pequeño generador de energía.

Aunque la tecnología ha existido durante algunos años, los esfuerzos del equipo suizo produjeron mucha más potencia de la que se había logrado o, de hecho, incluso se esperaba. Esto es un buen augurio para un debut comercial relativamente rápido, asumiendo que el consumidor promedio no se aterrorizará automáticamente de nada con el prefijo “nano” adjunto, sin importar cuán benigno sea.

4. Redes inteligentes cuánticas

Entre las muchas aplicaciones útiles que podemos esperar de la próxima primera generación de computadoras cuánticas, nosotros … está bien, seamos sinceros. No nos han dicho exactamente qué esperar de ellos, aparte de que pueden realizar cálculos miles de millones de veces más rápido que las computadoras convencionales. Y además, un procesador cuántico no funcionará exactamente con su computadora portátil. Sabemos que en lugar de los «bits» utilizados por el procesamiento tradicional (que son como interruptores, configurados en 1 o 0), el procesamiento cuántico utiliza «qubits», que, además de las configuraciones 1 y 0, se pueden configurar en un estado cuántico «indeterminado». Esto permite muchas cosas, como el procesamiento ultrarrápido antes mencionado y una criptografía inmejorable.

Ahora, considere una red eléctrica. Muchas redes grandes se basan en una variedad de recursos, que incluyen tanto la energía convencional como las renovables. La cantidad que se extrae y de dónde viene determinada por la oferta, la demanda y el uso. Enormes cantidades de transmisión de datos están involucradas en monitorear dicho uso, determinar los medios de entrega más eficientes, realizar un seguimiento de los recursos y un millón de otras cosas para garantizar que se desperdicie una cantidad mínima de energía y que el suministro se mantenga constante.

En 2009, EE. UU. Asignó miles de millones en fondos para «Redes inteligentes”En todos los estados excepto Alaska. Estos maximizan este proceso utilizando tecnología de comunicación moderna para crear una «superautopista de energías renovables». Un equipo de investigación del Laboratorio Nacional de Los Alamos ha propuesto una solución al importante problema de la seguridad de los datos al implementar estas Smart Grids: una tarjeta de «comunicación cuántica centrada en la red», que «(cumplirá) los desafiantes requisitos simultáneos de latencia y seguridad de la red eléctrica controlar las comunicaciones, que no se pueden cumplir sin compromisos mediante el uso de criptografía convencional «.

Si bien este es solo un uso potencial para criptografía cuántica, podría ser importante. La adopción a gran escala invertiría dinero en una mayor investigación y desarrollo de la próxima generación de dispositivos cuánticos.

3. Algas productoras de hidrógeno

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En otro ejemplo de una tecnología en ciernes que podría emplearse para una pila de combustible personal y barata (que no implica orinar), el Laboratorio Nacional de Energía Renovable está intentando diseñar un proceso para mejorar la fotosíntesis. No artificial, sino de tipo natural, utilizando algas microscópicas.

Chlamydomonas reinhardtii es una pequeña alga amigable que técnicamente podría considerarse más vegetal que animal. Aunque comparte varios genes asociados con las funciones humanas, es fotosintético. Al igual que otros organismos similares, produce hidrógeno y los investigadores han dado el primer paso hacia un medio para conseguir que produzca más. Bastante más. En pocas palabras, han reducido las vías a través de las cuales se cree que los electrones pasan a través de las algas de seis a dos. La idea será bloquear las vías menos productivas y promoverlas en las deseadas, lo que conducirá a una mayor producción de hidrógeno.

Si esto no parece un gran problema, considere que el hidrógeno requiere mucha más energía convencional para producir que la energía neta obtenida de su producción. Una fuente de hidrógeno sostenible, como las superalgas que se reproducen de forma natural, sería una especie de santo grial. Y podría dar lugar a pequeños biorreactores de escritorio que podrían alimentar fácilmente lo que esté leyendo esto.

2. Reactores nucleares de sales fundidas

A pesar de ser una fuente fantástica de energía barata, la energía nuclear ha tenido una mala reputación debido principalmente a dos palabras, esas palabras son «Chernobyl» y «Fukushima». Si bien la posible desventaja desastrosa de la proliferación de plantas de energía nuclear llevó a una fuerte disminución en el uso durante las últimas décadas, la próxima generación de reactores nucleares tiene como objetivo eliminar por completo las preocupaciones de una fusión.

Si bien la tecnología se concibió en la década de 1960, los reactores de sales fundidas, que funcionan con combustible líquido, en lugar de las barras de combustible convencionales, están regresando gracias a los esfuerzos de un proyecto de cuatro años de un consorcio europeo de institutos de investigación. denominado «Samofar» (Evaluación de seguridad del reactor rápido de sal fundida). En evaluar la seguridad de la tecnología en comparación con los reactores nucleares estándar, se mencionó una larga lista de ventajas al presionar para que se construya un prototipo para 2020.

El principal de ellos es que los reactores de sales fundidas son ideales para funcionar con torio, que es mucho más abundante que el uranio. El combustible líquido, una solución radiactiva combinada con sal líquida, se expande cuando se calienta y, por lo tanto, se auto regula. Un sistema a prueba de fallas hace que cualquier exceso se drene automáticamente a un contenedor protegido muy bajo tierra.

Aunque el proceso de aprobación de nuevos diseños de reactores nucleares sigue siendo abrumador, especialmente en los Estados Unidos, Samofar espera ponerlo en marcha pronto. El Instituto de Física Aplicada de Shanghai ya está trabajando en un prototipo de su propia versión junto con el Laboratorio Nacional Oak Ridge, el abuelo de todas las instalaciones de investigación nuclear.

1. Energía solar basada en el espacio

Finalmente, en un esfuerzo por llevar la fuente de energía alternativa original rugiendo al nuevo siglo, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón logró un gran paso adelante para la posibilidad de granjas solares basadas en satélites cuando transmitieron con éxito 1.8 kilovatios de energía eléctrica a una ubicación precisa utilizando microondas. Aunque la idea de colocar paneles solares en el espacio ha existido durante décadas y se consideró tecnológicamente (si no económicamente) factible en la década de 1970, la transmisión confiable de la energía recolectada, obviamente la parte más importante del proceso, siempre se había considerado con escepticismo.

Aunque es posible que la tecnología no entre en uso práctico durante algún tiempo, su potencial es indudablemente emocionante. Las granjas basadas en satélites en órbita geosincrónica pueden cultivar la luz solar constantemente, sin verse afectadas por las condiciones climáticas. JAXA sugiere que un solo receptor terrestre podría generar hasta un gigavatio de potencia, lo mismo que un reactor nuclear promedio.

Quizás más que cualquier otra entrada en esta lista, los paneles solares basados ​​en satélites realmente tienen el potencial de proporcionar más energía limpia de la que podríamos usar, considerando que más energía solar llega a la superficie del planeta en un solo día de la que podría llegar. consumir en todo un año.

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