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» » » » Cosechar la energía infrarroja de la Tierra

Referencia: PhysicsWorld.com .
por Liz Kalaugher, 14 de marzo 2014

El ser humano se ha mostrado considerablemente ingenioso en la búsqueda de energías renovables, capturando el viento, las mareas, la biomasa, el sol y algunas cosas más. Pero hay una fuente que todavía no hemos explotado, la 1017 W. de radiación térmica infrarroja emitida por la Tierra hacia el espacio exterior, como resultado del calor que recibe del Sol.

Los físicos de Harvard, Federico Capasso (izquierda) y Steven Byrnes, discuten su propuesta de cosecha de emisiones infrarrojas. Cortesía : Eliza Grinnell, SEAS Communications.
"Doquiera que haya una oportunidad para generar energía, los científicos deberían estar trabajando en ello", dice Steve Byrnes, de la Universidad de Harvard, en EE.UU. "Aunque hay una enorme cantidad de energía infrarroja que fluye por el medio ambiente, no la hemos evaluado correctamente en el contexto de la generación de energía. La rápida mejora en la tecnología de infrarrojos en los últimos 20 años nos permite imaginar nuevas dispositivos y aplicaciones de infrarrojos medioambientales."

Byrnes y sus colegas de Harvard, entre ellos Federico Capasso, co-inventor del láser en cascada cuántica de infrarrojos, se han investigado dos maneras posibles de hacer una "cosecha de emisión energética" (EEH), que podría extraerse de los infrarrojos.

Dos posibles enfoques

Las técnicas son ampliamente comparables a los dos tipos de generación de electricidad solar, explica Byrnes. "En la primera, la ‘terma-solar ', la luz del sol calienta un objeto y una turbina recorre la diferencia de temperatura entre el objeto caliente y el ambiente más fresco", explica. "Podemos crear una 'EEH térmica' de un modo análogo: un objeto radiactivamente frío y la turbina recorre la diferencia de temperatura entre el objeto frío y el ambiente más cálido."

El equipo concibe que tal dispositivo de EEH térmica consistiría en una placa "caliente" a la temperatura de Tierra y aire, junto a una placa "fría" en la parte superior hecha de un material muy emisivo que se enfría mediante la radiación del calor hacia el cielo. La superficie de la Tierra, a una temperatura de unos 275 a 300 K., es mucho más caliente que los 3 K. del espacio exterior.

El equipo ha calculado que la cantidad de energía que podría generar este tipo de diseño en un sitio de prueba en Lamont, Oklahoma, donde han medido una bien recibida radiación infrarroja de onda larga. Los datos de la cantidad de radiación infrarroja recibida ayudaron a los investigadores a calcular el óptimo desempeño del dispositivo, dada la posible cantidad de radiación infrarroja emitida y las condiciones de temperatura.

Trabajando día y noche

A lo largo del año, los dispositivos producirían un promedio de 2,7 W/m2 ó 0,06 kW/m2 por día, según calcularon los investigadores. "Descubrimos que las emisiones infrarrojas podían generar una cantidad considerable de energía, durante el día y la noche", afirma Byrnes .

En principio, la Tierra tiene suficiente energía EEH para abastecer a toda la humanidad muchas veces, escriben los científicos en PNAS, pero la densidad de energía es muy baja para las aplicaciones de generación a gran escala. Por ejemplo, un panel fotovoltaico con una eficiencia de 1,5% podría generar la misma energía total del sitio de Lamont como un EEH. Dicho esto, el calentamiento de los dispositivos EEH con luz solar podrían aumentar su generación de energía en un factor de cinco.

Debido a que estos dispositivos funcionan mejor cuando hay poca radiación recibida, ya sea porque el aire está frío y seco (como puede ser el caso en invierno), o porque el suelo está caliente (condición más típica del verano), el caso es que la salida energética sería más o menos la misma durante todo el año. En el transcurso de un día, el pico de energía es probable que se dé por la tarde y noche, cuando la temperatura ambiente es más alta.

Recolección optoelectrónica

La segunda opción para la energía solar es "fotovoltaica", donde la luz solar se convierte directamente en corriente eléctrica. "Podemos hacer de manera análoga una 'EEH optoelectrónica', explica Byrnes. " Una antena irradia la radiación infrarroja al cielo y mediante la interacción con el diodo podemos crear directamente la energía eléctrica utilizable."

Este enfoque se basa en una antena más fría que el diodo debido a la radiación infrarroja que emite. Esta diferencia de temperatura significa que la corriente formada da como resultado un ruido eléctrico que sólo fluye en una dirección, creando una tensión. Dado el reciente progreso tecnológico, el diseño podría ser factible, pero aún no es una realidad.

Byrnes y sus colegas prevén que este tipo de EEH podría ser laminado sobre unos paneles solares de tal forma que permitieran a los dispositivos generar energía por la noche o en los calentadores de agua solares, en lugar de ser implementados sobre sí mismos.

"En los últimos años se han producido avances fantásticos en nanofotónica y en la física de infrarrojos e ingeniería, por nosotros y por otros investigadores de todo el mundo", señala Byrnes. "Este estudio ha clarificado un importante objetivo sobre el que trabajar, y en un esfuerzo de investigación de colaboración sostenido es fundamental que podamos conseguirlo."


- Fuente:  PNAS .
- Autor: Liz Kalaugher, editora de environmentalresearchweb.com .
- Imagen: Los físicos de Harvard Federico Capasso (izquierda) y Steven Byrnes discuten su propuesta de cosecha de emisiones infrarrojas. Cortesía : Eliza Grinnell, SEAS Communications.
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