El rendimiento de una pequeña celda termofotovoltáica capaz de convertir el calor en electricidad, creada por ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), puede equipararse con el de las turbinas de las plantas termoeléctricas.
Este nuevo dispositivo, poseedor de una eficiencia superior al 40 % y un rendimiento nunca antes alcanzado con una tecnología de este tipo, podría permitir, en el futuro, una red eléctrica completamente descarbonizada.
Al respecto, explican sus desarrolladores que incorporar la celda termofotovoltáica (TPV por sus siglas en inglés) en una batería térmica a escala de red, se crea un sistema que además de absorber el exceso de energía de fuentes renovables como el Sol, la almacenaría en bancos de grafito caliente fuertemente aislados. Cuando esa energía sea requerida, como en días nublados, por ejemplo, las células TPV convertirían el calor en electricidad y enviarían esa energía a la red eléctrica.
Las partes de todo
Planta termoeléctrica.
Los investigadores han venido trabajando para demostrar que el concepto de baterías térmicas es viable y la nueva celda TPV era el último paso para hacerlo.
Luego de realizar y culminar con éxito las pruebas experimentales a pequeña escala de cada una de las partes del sistema por separado, el equipo científico trabaja para integrarlas y demostrar un sistema completamente operativo.
La meta de los autores del nuevo dispositivo, descrito como un motor térmico sin piezas móviles capaz de producir energía a partir de una fuente de calor de entre 1.900 y 2.400 ºC, es ampliar el sistema para reemplazar, en el futuro, las centrales eléctricas que emplean combustibles fósiles y “habilitar una red eléctrica totalmente descarbonizada, abastecida en su totalidad por energía renovable”.
De electricidad a calor y viceversa
¿Cómo funciona la pequeña celda termofotovoltáica? Capta los fotones de una fuente de calor al rojo vivo y los convierte en electricidad a través del efecto fotovoltaico: la transformación directa de la energía solar en energía eléctrica.
Explican los investigadores, en el artículo publicado en la revista Nature, que «se trata de una batería que toma la electricidad, la convierte en calor de alta temperatura, almacena el calor y luego lo vuelve a convertir en electricidad a demanda mediante las TPV».
Las células termofotovoltáicas operan calentando los materiales semiconductores que la componen, aumentando de forma considerable la energía de los fotones. Estas partículas pueden lanzar un electrón de la banda de valencia a la banda de conducción, generando electricidad a partir de una fuente térmica a temperaturas muy altas.
“Una de las ventajas de los convertidores de energía de estado sólido es que pueden operar a temperaturas más altas con menores costos de mantenimiento porque no tienen partes móviles”, señala Asegun Henry, líder del equipo de investigación.
Mayor eficiencia
Turbina de vapor
Las turbinas de vapor han sido el estándar industrial para convertir dichas fuentes de calor en electricidad, durante un siglo. Sin embargo, en promedio, éstas convierten alrededor del 35 % de una fuente de calor en electricidad de manera confiable y a la fecha, la mayor eficiencia de cualquier motor térmico alcanza una eficiencia máxima de 60 %.
Además, la maquinaria depende de partes móviles que tienen temperatura limitada, por lo que fuentes de calor superiores a los 2000 °C como el sistema de batería térmica propuesto por los investigadores del MIT, serían demasiado altas para las turbinas.
Un hecho que resalta el equipo científico es el enorme beneficio que representa este nuevo desarrollo tecnológico en términos de sustentabilidad. “La tecnología es segura, ambientalmente benigna en su ciclo de vida y puede tener un tremendo impacto en la reducción de las emisiones de dióxido de carbono de la producción de electricidad”.
Con información de News MIT y Nature
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