Dobla el índice de eficiencia termoeléctrica y podría doblarlo otra vez a corto plazo
El desarrollo de dispositivos termoeléctricos no se ha generalizado (limitándose su uso a los transbordadores de la NASA y a algunas aplicaciones industriales) debido a dos motivos fundamentales: su alto costo y su bajo rendimiento. Esta situación podría empezar a cambiar con el desarrollo de un nuevo material por el investigador estadounidense Joseph Heremans y su equipo. Con este nuevo material han conseguido doblar el índice de rendimiento habitual de los materiales utilizados hasta ahora y esperan poder doblarlo de nuevo a corto plazo con los posteriores avances de su investigación.
Según señalan algunos expertos, sólo el 25% de la energía producida por un motor de gasolina convencional es aprovechada para mover un automóvil y hacer funcionar sus accesorios. Más de la mitad de ella (aproximadamente un 60%) se pierde por el tubo de escape.
Aprovechar ese calor perdido convirtiéndolo en electricidad incrementaría el rendimiento de ese combustible y haría más eficientes no sólo a los vehículos, sino a todas aquellas aplicaciones en las que dicho sistema pudiera implementarse, por ejemplo generadores y bombas de calor.
En ese sentido han dado un gran paso Joseph Haremans (de la Universidad de Ohio) y los colegas que han colaborado con él en esta investigación, pues han conseguido desarrollar un nuevo material que dobla el índice de eficiencia en la conversión de calor a electricidad (el índice refleja la cantidad de aquél que se convierte en ésta) conseguido hasta ahora por los más materiales más eficientes, según informa la citada universidad en un comunicado. Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista Science.
Eficiencia energética
Según Heremans, esta eficiencia mejorada se traduciría en un 10% más de aprovechamiento de combustible por los automóviles, si el dispositivo basado en su sistema llega a implementarse en ellos. El nuevo material, una mezcla de telurio, talio y plomo, alcanza además su máxima eficiencia en un rango de temperatura (entre los 230 y los 510 grados centígrados) que conincide con aquel en que funcionan sistemas como los motores de los automóviles.
El material con cuyo desarrollo Heremans afirma que él y su equipo han conseguido hacer “trabajar más a los electrones”, convierte el calor en electricidad mediante un flujo de estas partículas, en lugar de valerse para ello de agua o gases. Es decir, “fabrica electricidad directamente”.
Una de las ventajas prácticas de un dispositivo termoeléctrico basado en dicho sistema es su pequeño tamaño y el no estar constituido por partes movibles, susceptibles de averiarse y romperse. Por otro lado, cabe señalar que un inconveniente para el nuevo material es que el talio es un elemento extremadamente tóxico. Por lo tanto el proceso de fabricación requeriría algunas medidas de seguridad. Heremans ha propuesto además algunas otras soluciones complementarias, por lo que es muy optimisma respecto a la próxima comercialización de su sistema.
Nanobarreras
Hebermas dice haber pasado un montón de años desarrollando estructuras nanométricas semejantes a alambres, que eran insertadas en los materiales con objeto de reducir la conductividad térmica de éstos (una estrategia que al parecer siguen habitualmente los ingenieros para limitar en los mismos el flujo de calor que no pueda ser convertido a electricidad).
Pero dada la poca estabilidad de estos materiales, así como la dificultad de su fabricación en grandes cantidades y de conectarlos con los circuitos electrónicos convencionales y las fuentes de calor externas, el propio Hebermas era consciente de la poca eficiencia de dichos métodos.
El investigador dio casi por casualidad con la clave de lo que estaba buscando leyendo un artículo publicado en 2006 por otros científicos en la revista Physical Review Letter, el cual daba cuenta de ciertas particularidades en la interactividad mecanocuántica de los átomos de talio y de telurio. “Es cuestión de una peculiar conducta de un electrón de un átomo de talio cuando tiene como vecinos a otros de telurio”, ha afirmado Herermas.
De modo que él y su equipo abandonaron la construcción de las viejas alambradas nanométricas y se concentraron en un único objetivo: cómo convertir en electricidad la máxima cantidad posible del calor atrapado en el material.
Objetivos ambiciosos
Heremans diseñó el nuevo material con Vladimir Jovovic, que realizó el trabajo como parte de su tesis doctoral en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Ohio. Los investigadores de la Osaka University –Ken Kurosaki, Anek Charoenphakdee, y Shinsuke yamanaka– crearon muestras del material para testearlo. Luego, investigadores del California Institute of Technologya –G. Jeffrey Snyder, Eric S. Toberer, y Ali Saramat– testearon el material a altas temperaturas, mientras que Heremans y Jovovic lo testearon a bajas temperaturas y aportaron pruebas experimentales de que el mecanismo físico que postulaban estaba efectivamente trabajando.
El sistema aún no ha sido patentado; Heremans y su equipo están demasiado ocupados intentando perfeccionarlo. “Esperamos ir mucho más allá. Pienso que debería ser muy posible aplicar las lecciones aprendidas de la nanotecnología termoeléctrica para doblar de nuevo el índice de eficiencia. A esto es a lo que apuntamos en este momento”, ha afirmado el investigador
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