Un nuevo dispositivo que genera electricidad a bajo costo aprovechando el frio natural nocturno, y que podría constituir la base de una tecnología complementaria a la energía solar, se incorpora al grueso de avances técnico-científicos para fortalecer el crecimiento de las energías limpias e impulsar un cambio, indispensable, frente a la emergencia climática: sustituir los combustibles fósiles por fuentes renovables.
Esta innovación, desarrollada por un grupo de científicos de las universidades de California Los Ángeles (UCLA) y Stanford, se basa en los principios del enfriamiento radiativo del cielo para producir energía renovable durante la noche, y convertirse en una alternativa en lugares remotos, que estén fuera de la red eléctrica o también, podría ser usada como complemento por quienes no tienen acceso a las baterías solares.
El prototipo genera hasta el momento, poca energía, 25 milivatios por metro cuadrado, pero los investigadores aseguran que puede mejorarse para obtener hasta 0.5 vatios por metro cuadrado, aproximadamente 20 veces más que el dispositivo actual e incluso, con una pequeña instalación en el techo de una casa, está en capacidad de proporcionar suficiente energía durante la noche para iluminar con bombillos LED y cargar un teléfono móvil.
Una tecnología que pueda producir electricidad limpia por la noche, cuando la demanda de iluminación alcanza su punto máximo, y las células solares no funcionan al menos que se cuente con una batería que almacene la energía acumulada durante las horas de sol, es sin duda un valioso aporte al crecimiento de las energías renovables y a la reducción de emisiones de CO2.
Aprovechar el frío y el calor
Todo expulsa calor, fotografía con cámara térmica.
El enfriamiento por radiación del cielo es un fenómeno natural que ocurre todos los días a partir del atardecer, momento del día en que, por ejemplo, las edificaciones se sienten más frescas que el aire circundante; en la noche cuando observamos gotas de agua en el parabrisas de los automóviles o escarcha en el suelo, incluso con temperaturas muy por encima del punto de congelación.
Esto sucede porque toda superficie, expuesta al cielo, expulsa su calor al aire como radiación térmica. Parte de ese calor se eleva a la atmósfera superior y después a zonas más frías del espacio.
«Este efecto ocurre naturalmente todo el tiempo, especialmente en noches despejadas (…) El resultado es que el objeto que expulsa el calor, ya sea un automóvil, el suelo o un edificio, estará ligeramente más frío que la temperatura ambiente», dijo Aaswath Raman, profesor de ingeniería de materiales de la Universidad de California Los Ángeles, quien dirige el equipo de investigadores, conformado por Wei Li y Shanhui Fan, docentes de la Universidad de Stanford.
El dispositivo prototipo aprovecha esa diferencia de temperaturas capturando parte del calor del aire circundante y lo convierte en electricidad.
La nueva tecnología
Para demostrar la efectividad de la nueva tecnología, los investigadores desarrollaron un dispositivo simple y económico, con piezas que pueden adquirirse en ferreterías y tiendas de suministros electrónicos por un costo total de menor a 30 dólares.
El prototipo, compuesto por un disco de aluminio recubierto con pintura negra en uno de sus lados y un generador termoeléctrico, fue colocado colocado sobre una estructura que lo mantenía a un metro del techo en la azotea de un edificio durante la noche sobre
En la fase de experimentación se observó que el dispositivo liberaba calor de manera desigual, la parte superior, cara del disco cubierta con pintura negra, se enfriaba más que la inferior. Esa diferencia de calor fue convertida en electricidad por el generador.
Si bien el prototipo generó 25 milivatios por metro cuadrado, suficiente para alimentar una sola bombilla LED, quedó demostrada una forma de utilizar el frío nocturno como recurso de energía renovable y producir cantidades modestas pero utilizables de electricidad.
“Se puede aprovechar una fuente de energía ubicua y renovable” señala Aaswath Raman, que aún no ha sido suficientemente utilizada.
Los científicos afirman que puede ampliarse su capacidad 20 veces más, al generar 0.5 vatios por metro cuadrado, incorporando mejores componentes y obteniendo mayores resultados en climas cálidos y secos, donde el efecto de enfriamiento radiativo es mucho más fuerte.
Este desarrollo puede usarse de manera independiente o en combinación con energía solar para producir electricidad durante el día y la noche, así lo indica el artículo científico elaborado por sus creadores en la Revista Joule, el 12 de septiembre de 2019.
La fría oscuridad del espacio como fuente de energía
El enfriamiento por cielo radiactivo se ha convertido en un tema de investigación permanente por parte de este grupo de científicos de la UCLA y Stanford durante la última década. En un estudio publicado en la Revista Nature en 2014, Raman, Fan y sus colegas demostraron cómo el fenómeno podría usarse para enfriar objetos, como un edificio, en días cálidos y soleados. Ese estudio fue un paso importante hacia el uso del aprovechamiento del fenómeno para aplicaciones de energía.
“Podemos utilizar la fría oscuridad del espacio para mejorar cada proceso de energía en la Tierra”, afirma Raman.
Perfeccionar la eficiencia de este dispositivo para aumentar su capacidad de generación de energía eléctrica sin aumentar sus costos, es uno de los desafíos que tienen los investigadores.
Democratizar acceso a la electricidad
El otro reto es su masificación, tanto como tecnología independiente o combinada con las células solares. Esta innovación sumada a otras tantas, probadas con éxito, quizás puedan contribuir a democratizar el acceso a la electricidad que, según informe sobre el Progreso Energético elaborado por la Agencia Internacional de la Energía (AIE) y el Banco Mundial (BM), no tienen un total de mil millones de personas en el mundo.
De acuerdo a los datos allí contenidos, se estima que 674 millones continúen sin acceso a la energía eléctrica en 2030, año en el que el 21 % del consumo energético mundial procederá de las renovables.
«Los últimos datos muestran claramente que necesitamos más acción y liderazgo político si queremos cumplir con nuestra promesa de no dejar a nadie atrás», señaló la representante de la ONU para la energía sostenible, Rachel Kyte, al referirse al informe presentado en Lisboa en mayo de 2018.
