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Láser de energía solar
Los investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio, en Japón, han desarrollado un nuevo tipo de láser eficiente que funciona con energía solar. Esperan usar el láser para ayudarlos a lograr su objetivo de desarrollar un motor de combustión de magnesio. Los investigadores describieron el nuevo láser en una edición reciente de Letras de física aplicada .
Láser de energía solar: Dos lentes Fresnel enfocan la luz del sol sobre un cristal cerámico para producir luz láser. La esperanza es utilizar láseres tan poderosos para generar calor e hidrógeno a partir de magnesio y agua.
La idea, dice Takashi Yabe , profesor de ingeniería mecánica y ciencia en el Instituto de Tokio, va a fabricar un potente láser capaz de quemar el contenido de magnesio del agua de mar. En el proceso, se desprenden grandes cantidades de calor e hidrógeno.
El magnesio tiene un gran potencial como fuente de energía porque tiene una densidad de almacenamiento de energía aproximadamente 10 veces mayor que la del hidrógeno, dice Yabe. También es muy abundante, con alrededor de 1,3 gramos que se encuentran en cada litro de agua de mar, o alrededor de 1.800 billones de toneladas métricas en nuestros océanos, dice.
Además, el óxido de magnesio resultante de la reacción se puede convertir nuevamente en magnesio, dice Yabe. ¿La captura? Reciclar el óxido de magnesio en magnesio requiere temperaturas de 4.000 kelvin (3.726 ºC), de ahí la necesidad de un láser para generar tales temperaturas en un lugar pequeño.
Pero para que un motor de combustión de magnesio funcione como una fuente práctica de energía, los láseres deben funcionar con una fuente de energía renovable, como la energía solar.
Los láseres de bombeo solar ya existen: funcionan concentrando la luz solar en materiales cristalinos como el granate de itrio-aluminio dopado con neodimio, lo que hace que emitan luz láser. Sin embargo, hasta ahora, la mayoría de los láseres de bombeo solar se han basado en espejos extremadamente grandes para enfocar la luz del sol sobre el cristal.
Yabe y sus colegas han desarrollado un láser compacto que ofrece una mejora triple en eficiencia con respecto a diseños anteriores, en términos de cuánta energía puede entregar en comparación con la luz solar disponible.
Esto se debe en parte al uso de cristales de Nd: YAG que además están dopados con cromo, lo que les permite absorber un rango más amplio de luz. Agregar el cromo hace que una mayor proporción del espectro esté disponible, dice Yabe: Por lo tanto, la eficiencia de la luz solar al láser se mejora enormemente.
La otra innovación del láser de Yabe es el uso de una pequeña lente Fresnel en lugar de grandes lentes de espejo. Las lentes de Fresnel reducen el tamaño y la cantidad de material necesario para construir una lente rompiéndola en anillos concéntricos de lentes. Por lo general, el 10 por ciento de la luz incidente se enfoca en el cristal, mientras que con el Fresnel, es alrededor del 80 por ciento.
En nuestro caso, usamos solo 1,3 metros cuadrados y logramos 25 vatios, dice Yabe. Aunque esto es solo un aumento de tres veces, la salida del láser aumenta exponencialmente con el área en aumento. Así que esperamos de 300 a 400 vatios con la lente Fresnel de cuatro metros cuadrados, dice.
Es un enfoque inusual, dice Sunita Satyapal , jefe del equipo de almacenamiento de hidrógeno del Departamento de Energía, en Washington, DC. Pero no es la primera vez que se exploran metales, como el magnesio y el agua, como medios de producción de hidrógeno, dice.
Lo que se necesita ahora es un presupuesto de eficiencia total para todo el sistema, dice Satyapal: la cuestión clave es el costo y la eficiencia total. Hay formas mucho más sencillas de generar hidrógeno utilizando la luz solar, como mediante el empleo de células solares para dividir el agua mediante electrólisis, añade.