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Cosechando poder del océano
Investigadores de SRI Internacional , con sede en Menlo Park, CA, completó recientemente las primeras pruebas oceánicas de un sistema que utiliza un llamado músculo artificial para generar energía a partir del movimiento de una boya que sube y baja sobre las olas. Aunque el prototipo produce muy poca electricidad, los investigadores dicen que las granjas de olas basadas en la tecnología podrían eventualmente rivalizar con las turbinas eólicas en la producción de energía, proporcionando una fuente importante de energía limpia.
Energía ondulatoria: Una boya que genera electricidad a partir del movimiento de las olas. El cilindro transparente en el medio de la boya (ver imagen inferior) contiene un rollo de material similar al caucho que se estira y contrae cuando la boya sube y baja, separando y juntando los electrodos.
La tecnología para aprovechar la energía del océano ya existe, pero no ha sido ampliamente adoptada, en gran parte porque tiene problemas para resistir el golpe de las olas. El nuevo sistema podría resultar más barato y más confiable, dicen los investigadores.
Los sistemas anteriores utilizaban dispositivos electromagnéticos más convencionales, como dínamos con transmisiones complejas, pistones hidráulicos y turbinas. Los engranajes de una transmisión, en particular, son vulnerables al desgaste por el oleaje errático de las olas del océano.
Por el contrario, el sistema SRI no es mucho más que una hoja de goma unida a un peso. Tiene la complejidad mecánica de una goma elástica, dice el investigador senior del SRI Roy Kornbluh. Como consecuencia, es más capaz de absorber el impacto de las olas, dice Yoseph Bar-Cohen , científico investigador senior del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en Pasadena, CA. Además, agrega Bar-Cohen, los materiales con los que está fabricado el sistema son baratos, lo que podría ayudarlo a competir en precio con otras fuentes de electricidad.
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Video: Boya de energía
El sistema a base de polímeros en el corazón del nuevo generador es una variación de un músculo artificial, un dispositivo desarrollado como alternativa a los motores eléctricos en aplicaciones como robots. Un músculo artificial se expandirá o contraerá cuando se le aplique un voltaje, pero el mismo proceso puede funcionar a la inversa: si el músculo se estira con una fuerza externa, puede generar electricidad. Hace unos años, SRI desarrolló un pequeño dispositivo que, incrustado en el talón de un zapato, permitía al usuario cargar un teléfono celular simplemente caminando. El sistema de recolección de olas es básicamente una versión más grande de la misma tecnología.
Los investigadores del SRI construyeron su generador intercalando un material gomoso disponible comercialmente entre dos electrodos, que a su vez están hechos de un polímero graso que contiene materiales conductores. A continuación, se enrollan la hoja de caucho y los electrodos, como una voluta, para formar un tubo hueco. Cuando el tubo es jalado por una fuerza externa, la capa de caucho se estira finamente, estrechando el espacio entre los electrodos. Inicialmente, una pequeña batería aplica voltaje a través de los electrodos; cuando la goma vuelve a su forma original, fuerza a los electrodos a separarse, aumentando el voltaje entre ellos. Este exceso de energía se puede desviar para generar una corriente. Parte de esa corriente se retroalimenta al sistema, por lo que la batería se usa solo para el primer ciclo.
Los investigadores probaron recientemente el sistema frente a la costa de Florida. Un par de metros cuadrados de caucho enrollado en forma de tubo hueco se unieron a un peso y se montaron en el centro de una boya. A medida que la boya se balancea en el agua, hace que el peso suba y baje, estirando repetidamente la goma y permitiendo que rebote, generando electricidad.
Hasta ahora, este prototipo produce sólo unos cinco vatios de potencia, suficiente para una bombilla pequeña. Pero debido a que la goma es delgada, de aproximadamente 0,1 milímetros de grosor, es posible enrollar mucho más y aún así colocarla en la misma boya. Un paquete de caucho de aproximadamente un metro de largo y medio metro de grosor, con componentes electrónicos optimizados y un diseño de boya mejorado, podría generar un kilovatio de electricidad, dice Kornbluh. Una serie de boyas o estructuras flotantes más grandes podrían generar cantidades apreciables de electricidad. (Mil boyas podrían alimentar unas 750 casas). Un diseño alternativo podría involucrar láminas de caucho sumergidas que generan energía a medida que la fuerza de las corrientes o las mareas las hace aletear de un lado a otro. Tal sistema podría resultar más resistente que las turbinas utilizadas recientemente en el East River en Nueva York: sus partes mecánicas demostraron ser incapaces de resistir las fuerzas de las mareas.
El sistema SRI produce altos voltajes, en el rango de un kilovoltio. Ese fue un problema para el generador de zapatos, que requería un transformador para disminuir el voltaje lo suficiente como para no freír teléfonos celulares y otros dispositivos, pero aún así tenía que caber en un zapato. Pero para la aplicación de boyas, el alto voltaje es una ventaja, ya que hace que sea más eficiente transmitir electricidad a la costa a través de cables submarinos. El principal desafío en el futuro, dicen los investigadores, es desarrollar un proceso de fabricación confiable. Sus pruebas recientes del sistema también subrayaron la importancia de diseñar nuevas boyas que respondan a las olas de la mejor manera para generar energía. Y necesitarán diseñar componentes electrónicos que, al variar el voltaje en el polímero, puedan modificar la rigidez del sistema para adaptarse a diferentes condiciones climáticas.
Las primeras aplicaciones comerciales del sistema probablemente estarán en sistemas para impulsar la navegación, las comunicaciones y las boyas de sensores, y estas podrían llegar dentro de dos años, estima Kornbluh. Pero podrían pasar de cinco a diez años antes de que el sistema pueda incrementarse para la generación de electricidad a gran escala.
Es muy emocionante, dice Ray Baughman , profesor de química en la Universidad de Texas en Dallas. Es una dirección prometedora para la recolección de energía, no solo para dispositivos remotos en el océano, sino también quizás para la recolección de energía a mayor escala.