Se dice de las personas positivas y motivadas para superarse día a día que tienen el futuro en sus manos. Lo mismo podemos asegurar de los científicos que buscan en las dificultades solucionar problemas cotidianos. Un ejemplo de ello son los estudios para generar electricidad a partir de la nieve. Y te preguntarás: ¿es posible?
Aunque parezca algo de ciencia ficción o una supertecnología de la NASA, lo cierto es que los proyectos que hay en desarrollo se basan en conceptos bastante simples. Tampoco se trata de unos nuevos paneles fotovoltaicos. Además, cada grupo de científicos ha encauzado sus trabajos en diferentes direcciones.
Así, encontramos dos proyectos bien diferentes y que pueden solucionar distintos problemas. Por un lado, tenemos un estudio de la Universidad de Electro-Comunicaciones de Tokio junto a la empresa TI Forte. Esta unión de esfuerzos pretende llevar a la práctica un proyecto para generar electricidad a “gran escala” a partir de la nieve que se acumula cada año en la localidad de Aomori.
El otro llamativo proyecto de investigación avanza desde la Universidad de UCLA en California. En este caso el objetivo es mucho más pequeño en tamaño, pero puede suponer un gran avance en la ropa destinada a climas fríos en los que la nieve está muy presente. Vamos a desarrollar ambos proyectos y ver en qué consiste cada uno.
Nieve para producir electricidad
El estudio y prototipo para generar electricidad utilizable en las viviendas o industria, tiene su origen en el costo que supone para la ciudad de Aomori retirar la nieve que se acumula en sus calles. Según datos de la propia ciudad, el coste ronda los 50 millones de euros cada invierno. Esto supone mucho dinero que con el proyecto de generación eléctrica se pretende recuperar. Pero, ¿cómo puede la nieve generar electricidad?
La nieve en sí no puede producir electricidad. No obstante, la gran cantidad que se acumula en la ciudad sirve para lograrlo y no es mediante los módulos fotovoltaicos. Debemos tener en cuenta que Aomori es la ciudad donde más nieva de todo el mundo. Es normal que la nieve alcance los 8 metros de altura.
Esto supone una gran masa de nieve y a temperatura muy baja, lo que se puede aprovechar, junto a otro elemento a temperatura más alta, para crear un flujo que mueva una turbina eléctrica. A grandes rasgos el proyecto se basa en algo tan sencillo como esto. Pero, ¿cómo consiguen que la nieve mueva una turbina eléctrica?
¿Piscina de nieve?
En lugar de verter la nieve en el mar, como de costumbre, se lleva a una piscina no utilizada en una antigua escuela. En la piscina se dispone un circuito de tubos que, en parte de su recorrido, circula por el interior de la misma. La otra mitad del circuito se dispone en el exterior [imagen].
Este circuito se rellena con un fluido caloportador que es capaz de variar mucho su temperatura en función de la temperatura de intercambio con el medio en que se encuentre. Es aquí donde la nieve realiza su función, puesto que se encarga de enfriar este fluido especial. Luego, el mismo fluido circula hacia el tramo de tuberías en el exterior. Allí, se calienta gracias al efecto de corrientes de aire o del sol, a modo de un panel solar térmico.
Estos cambios de temperatura en el fluido caloportador provocan un efecto de movimiento continuo. Es lo que los científicos o técnicos conocen en termodinámica de fluidos, como el efecto de un termosifón. En él parte del líquido se calienta por efecto del sol, por ejemplo. Y por ello tiene a subir al aumentar su volumen, o disminuir su densidad. En la parte opuesta del circuito, es enfriado el líquido, ayudando a que el movimiento sea constante.
En función de la diferencia de temperaturas entre el vaso de la piscina (donde se ha depositado la nieve) y la parte exterior, la velocidad con que se mueva el líquido del interior será mayor. Este movimiento es aprovechado para hacer pasar el líquido a través de una turbina de generación eléctrica. Por eso, en función de su velocidad hará mover con mayor fuerza y velocidad el rotor del generador y, con ello, producir más electricidad.
Ventaja de la piscina de nieve
La gran ventaja de este sistema es que se puede escalar en las dos direcciones. Es decir, si necesitamos aportar electricidad a una vivienda, el sistema tendrá un tamaño determinado, con un depósito para la nieve y unas tuberías con unas dimensiones específicas. En cambio, para aportar electricidad a una industria, todo deberá ampliarse, de modo que la turbina generadora pueda aportar la potencia eléctrica suficiente.
Snow TENG calienta la ropa con nieve
El otro estudio que merece mención trabaja con un dispositivo capaz de generar electricidad gracias a la nieve que precipita. Su tamaño no lo hace viable para generar la electricidad que necesita una vivienda, pero puede aportar alimentación eléctrica a pequeños equipos electrónicos, incluso para calentar la ropa de invierno.
En concreto, el equipo de investigación de la Universidad de California, en Los ángeles, se ha centrado en aportar energía a los complementos y ropa para esquiar. El equipo de investigación ha explicado que el dispositivo diseñado es un nano-generador triboeléctrico basado en la nieve, o Snow TENG.
Como su nombre indica, funciona por efecto triboeléctrico, es decir, utiliza la electricidad estática para generar cargas eléctricas mediante el intercambio de electrones. Este tipo de dispositivos se han utilizado para fabricar generadores que extraen energía de los movimientos del cuerpo, pantallas táctiles e incluso pisadas en el suelo. Pero, ¿cómo se puede aprovechar la nieve con este dispositivo?
¿Cómo aprovecha la nieve este dispositivo?
Se trata de un procedimiento muy sencillo: la nieve tiene la particularidad de disponer de carga positiva, por lo que al frotarla contra un material con la carga opuesta se puede extraer energía de ella. Tras una exhaustiva serie de pruebas, el equipo se decantó por la silicona como el material más eficaz.
El Snow TENG, que se puede imprimir en 3D, se fabrica con una capa de silicona unida a un electrodo. Los investigadores afirman que podría integrarse en paneles solares para que siguieran generando electricidad, aunque estuvieran cubiertos de nieve. Es decir, como una célula solar híbrida colocada en la parte frontal, que también generaría energía a partir del movimiento de las gotas de lluvia sobre su superficie.
El problema es que, en su forma actual, el Snow TENG produce una cantidad muy pequeña de electricidad: tiene una densidad de potencia de 0,2 mW por metro cuadrado. Al no producir electricidad en gran cantidad no se puede conectar a la red como un panel solar, pero podría servir para crear pequeños sensores auto-alimentados. También serviría para alimentar pequeños equipos electrónicos, y tiene la gran ventaja de poder funcionar en zonas remotas, porque proporciona su propia energía y no necesita pilas.
Utilizado en una pequeña estación meteorológica puede informar de la cantidad nieve que cae, su dirección, y la velocidad y dirección del viento. Los investigadores dan otros ejemplos, como un sensor que podría fijarse a la suela de las botas o los esquís y utilizarse para recoger datos de los deportes de invierno.
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