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Una alternativa a su alternador
Los investigadores del MIT están desarrollando una nueva tecnología para convertir el calor en luz y luego en electricidad que eventualmente podría ahorrar combustible en los vehículos al reemplazar los alternadores menos eficientes y permitir que los sistemas eléctricos funcionen sin que el motor esté en ralentí.
Un generador termofotovoltaico (TPV) quema combustible para calentar un material que emite luz (radiador etiquetado). Luego, la luz se filtra y se convierte en electricidad en células fotovoltaicas (PV). (Imagen cortesía de John Kassakian, MIT).
La tecnología, denominada termofotovoltaica, utiliza gasolina para calentar un material emisor de luz, en este caso tungsteno. Luego, una celda fotovoltaica convierte la luz en electricidad. La idea ha existido desde la década de 1960, dice John Kassakian, profesor de ingeniería eléctrica e informática del MIT. Pero hasta ahora, los emisores de luz para la energía fotovoltaica producían sistemas ineficientes y muy costosos. Las mejoras en los materiales utilizados en estos últimos dispositivos, posibles en parte porque los investigadores pueden modificar la estructura del material a nanoescala, ahora están haciendo sistemas mucho más eficientes, dice Kassakian.
Según Kassakian, el sistema podría ser una forma más eficiente de alimentar sistemas eléctricos en un vehículo que el actual basado en alternador, que desperdicia energía en dos etapas: el motor de combustión interna convierte solo alrededor del 30 por ciento de la energía del combustible en movimiento, y luego el alternador es sólo 50 por ciento eficiente en la conversión de la energía mecánica en electricidad. Él dice que un pequeño prototipo de dispositivo termofotovoltaico que podría confirmar la eficiencia mejorada del sistema podría estar listo en un año.
Los investigadores modificaron la estructura de la superficie del emisor de luz, grabando en sus fosas de tamaño nanométrico para sintonizar las longitudes de onda de la luz emitida precisamente con las que una célula fotovoltaica puede convertir de manera más eficiente en electricidad. Ellos refinaron aún más el dispositivo con el uso de filtros que permiten que las longitudes de onda de luz deseadas pasen a través de las células fotovoltaicas, pero reflejan otras longitudes de onda de regreso al emisor de luz. La luz reflejada transporta energía que ayuda a mantener caliente el emisor, reduciendo la cantidad de combustible necesaria.
Además de reemplazar el alternador con un módulo termofotovoltaico, dice Kassakian, la tecnología podría ser parte de un sistema de aire acondicionado para vehículos que no requieren un compresor. Debido a que esto disminuiría significativamente la carga en un motor, podría hacer posible apagar el motor cuando el vehículo se detiene en el tráfico y reiniciarlo fácilmente. Los híbridos actuales usan esta técnica para ahorrar gasolina, pero requieren baterías grandes para proporcionar electricidad a la radio y las luces, y para reiniciar el motor, y tienen que volver a encender el motor cuando se agota la carga de la batería. En el nuevo sistema MIT, estas baterías no serían necesarias.
De hecho, si los nuevos materiales producen termofotovoltaicos más eficientes, no habrá escasez de usos potenciales. Kassakian dice que una aplicación particularmente buena, cuando se combina con un nuevo sistema de aire acondicionado, podría usarse en camiones con cabinas literas para enfriar las cabinas y proporcionar electricidad para televisores y otros equipos. Y, dice Donald Chubb, investigador del Centro de Investigación Glenn de la NASA, el ejército ha mostrado mucho interés en las fuentes de alimentación portátiles en el campo. Debido a que no hay partes móviles, no habría ningún ruido, por lo que no podría detectarlo.
Sin embargo, pasarán varios años antes de que la tecnología pueda usarse en vehículos. Los desafíos incluyen escalar el proceso de fabricación, desarrollar sistemas de enfriamiento y aislamiento efectivos para administrar el calor generado y garantizar que el sistema siga siendo eficiente a mayor escala. La investigación del MIT está financiada en parte por Toyota, pero el fabricante de automóviles no se ha comprometido a implementar la tecnología.