Haciendo realidad un sueño centenario de producir electricidad a partir del aire – Horizon Magazine Blog
diciembre 18, 2022La investigación europea está ampliando las opciones de energía limpia, reforzando el objetivo de la UE de convertirse en climáticamente neuronal para 2050.
Por miguel allen
Mientras la Unión Europea se esfuerza por lograr la neutralidad climática para mediados de siglo, un equipo de madre e hijo está ayudando a superar un obstáculo potencial: el número limitado de fuentes de energía renovable que impulsan el alejamiento de la UE de los combustibles fósiles.
Andriy Lyubchyk es socio del proyecto CATCHER, cuyo objetivo es expandir una combinación de energía limpia perfeccionando la conversión de la humedad atmosférica en electricidad.
viejo sueño
La técnica consiste en recolectar las diminutas cargas de electricidad estática contenidas en las moléculas de agua gaseosa, que se encuentran en todas partes en la atmósfera. El proceso se conoce como higroelectricidad o electricidad de humedad.
«Con esta nueva fuente de energía renovable, creemos que aumentaremos drásticamente la eficiencia y las posibilidades de la transición hacia la energía verde», dijo Lyubchyk, director ejecutivo de la empresa emergente portuguesa Cascatachuva Lda. También es ingeniero químico en Lusophone. Universidad de Humanidades y Tecnologías de Lisboa, Portugal.
A principios del siglo XX, el inventor serbio-estadounidense Nikola Tesla soñaba con aprovechar la energía del aire. Realizó una serie de experimentos tratando de capturar cargas eléctricas de la atmósfera y transformarlas en corriente eléctrica.
Desde la época de Tesla, los científicos han aprendido más acerca de cómo se forma y libera la electricidad en la atmósfera y han descubierto que el vapor de agua puede transportar una carga eléctrica.
El conocimiento podría ser un impulso para la UE, que obtiene alrededor del 22% de su energía de las energías renovables. Está en camino de ajustar el objetivo de fin de década para tales fuentes, que también incluyen la energía hidroeléctrica, hasta un 45 %.
Pero, para que Europa sea climáticamente neutra para 2050, las energías renovables tendrán que desempeñar un papel aún más importante y la higroelectricidad le daría a la UE más opciones en su intento de abandonar el petróleo, el gas natural y el carbón.
Nueva tecnología
CATCHER, financiado por el programa Pathfinder del Consejo Europeo de Innovación, reúne a ocho socios de seis países de Europa para explorar la posibilidad.
Si bien la idea general puede ser la misma, la tecnología particular utilizada por CATCHER es muy diferente a la de Tesla. El proyecto utiliza celdas similares a paneles hechas de óxido de circonio, un material cristalino duro, para capturar energía de la humedad atmosférica.
El óxido de circonio es un material cerámico ampliamente utilizado para cosas tales como implantes dentales, materiales avanzados similares al vidrio, electrónica y revestimiento para barras de combustible nuclear.
Al explorar las propiedades de los nanomateriales hechos de óxido de circonio hace siete años, los investigadores comenzaron a ver evidencia de higroelectricidad, según Svitlana Lyubchik, quien coordina CATCHER y es la madre de Andriy Lyubchyk.
Al igual que él, es ingeniera química en la Universidad Lusófona. Emprendieron varias iniciativas para tratar de explotar este potencial.
Los investigadores ahora están en el punto en que una placa de 8 por 5 centímetros de su material puede generar alrededor de 0,9 voltios en un laboratorio con una humedad de alrededor del 50%. Esto es comparable a la potencia de salida de media pila AA.
Trabajando para hacer que su material de higroelectricidad sea más eficiente, el equipo espera que, una vez perfeccionadas, las células puedan recolectar la misma cantidad de electricidad que las células fotovoltaicas de tamaño similar.
Los investigadores también creen que las células se implementarán de manera similar a los paneles solares, ya sea como granjas de electricidad a gran escala o como fuente de energía para edificios individuales.
estados estacionarios
Las células se crean al producir nanopartículas muy pequeñas y uniformes de óxido de circonio y luego comprimiéndolas en una lámina de material con una estructura similar que incluye una serie de canales o capilares.
La nanoestructura genera campos eléctricos dentro de los capilares que separan la carga de las moléculas de agua absorbidas de la atmósfera, según Andriy Lyubchyk.
El resultado es una cascada de procesos fisicoquímicos, físicos y electrofísicos que capturan la energía eléctrica.
En un aspecto, la nueva tecnología tendrá una ventaja sobre la energía solar y eólica. Mientras que los paneles y las turbinas deben colocarse para capturar la luz solar y el viento, las celdas de higroelectricidad no necesitan una ubicación particular porque existe poca variación en los niveles de humedad locales.
Dicho esto, las celdas de higroelectricidad no serán necesariamente una opción en todas partes porque requieren niveles mínimos de humedad para funcionar.
«Por ejemplo, si hace menos -15 grados afuera, entonces todo está congelado, no habrá agua en el aire», dijo Andriy Lyubchyk.
solución de techo
También es coordinador con su madre del proyecto SSHARE, financiado con fondos europeos, que está trabajando en una aplicación real al incorporar celdas de higroelectricidad en un sistema de calefacción y refrigeración.
«Combinamos ambas tecnologías y las hacemos autosuficientes», dijo Andriy Lyubchyk.
El sistema de calefacción y refrigeración se basa en un panel radiante avanzado que se puede montar en el techo de una habitación.
Por encima del panel pasan tuberías de agua perforadas que lo alimentan con agua caliente o fría, según se trate de calentar o enfriar la estancia. Luego, el panel irradia calor hacia la habitación, o lo absorbe, a través de la humedad atmosférica, de la misma manera que la piel puede emitir calor a través de la transpiración.
El sistema debe poder alimentar las bombas que hacen circular el agua utilizando la higroelectricidad generada por el paso del vapor de agua hacia adentro y hacia afuera del panel.
El sistema de calefacción autosuficiente destaca cómo la hidroelectricidad puede ayudar a impulsar la transición de energía neta cero, dicen los investigadores.
«Podemos contribuir a la política de la UE en términos de independencia energética», dijo Svitlana Lyubchik.
La investigación en este artículo fue financiada por la UE. Este material se publicó originalmente en Horizon, la revista de investigación e innovación de la UE.
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