El acceso fiable a la energía sigue siendo a día de hoy un desafío, particularmente en regiones que no están conectadas a la red. Si bien las células solares han permitido la generación de energía distribuida durante el día, no existe una alternativa comparable por la noche. Ahora, científicos de la Universidad de California y Stanford han desarrollado un dispositivo termoeléctrico realmente económico, que aprovecha el frío del espacio para generar electricidad capaz de alimentar un LED por la noche.
Termodinámicamente, para que cualquier proceso de conversión de energía produzca un trabajo útil, por ejemplo, electricidad, debe haber una fuente de calor y un sumidero frío. La mayoría de los enfoques renovables para la generación de electricidad, incluidos los sistemas fotovoltaicos y termosolares, se basan en el uso del Sol como fuente de calor y el entorno de la Tierra como sumidero frío. Por la noche, sin embargo, no existe una fuente de calor tan ubicua y de fácil acceso para conducir un motor térmico. Por otro lado, existe un sumidero de frío ubicuo que hasta la fecha se ha ignorado en gran medida: el frío del espacio exterior. Utilizar el aire ambiental que rodea la superficie de la Tierra como fuente de calor y espacio como el disipador de frío, entonces, permitiría conducir un nuevo tipo de motor de calor nocturno y generar electricidad por la noche. Sorprendentemente, acceder a la frialdad del espacio es posible mediante la transferencia de calor radiativo entre una superficie orientada al cielo y el espacio exterior.
El dispositivo desarrollado por Aaswath Raman de la Universidad de California, junto con Stanford Wei Li y Shanhui Fan de la Universidad de Stanford, deja atrás las limitaciones actuales de la energía solar aprovechando el enfriamiento radiativo, en el que una superficie orientada hacia el cielo pasa su calor a la atmósfera como radiación térmica, perdiendo algo de calor en el espacio y alcanzando una temperatura más fresca que el aire circundante. Este fenómeno explica cómo se forma la escarcha en el césped durante las noches más frías, y el mismo principio se puede utilizar para generar electricidad, aprovechando una diferencia de temperatura para producir electricidad renovable por la noche.
Raman y sus colegas probaron su generador termoeléctrico de bajo coste en una azotea en Stanford, California, bajo un cielo despejado en diciembre. El dispositivo, que consiste en un recinto de poliestireno cubierto de mylar aluminizado para minimizar la radiación térmica y protegido por una cubierta de viento transparente al infrarrojo, se dispuso en una mesa a un metro sobre el nivel del techo, extrayendo el calor del aire circundante y liberándolo al cielo nocturno, a través de un simple emisor negro. Cuando el módulo termoeléctrico se conectó a un convertidor y un LED blanco, los invesitgadores observaron que alimentada de forma pasiva la luz. Además, midieron su potencia de salida durante seis horas, descubriendo que generaba hasta 25 milivatios de energía por metro cuadrado.
Dado que el enfriador radiativo consiste en un simple disco de aluminio recubierto con pintura, y todos los demás componentes se pueden comprar en tiendas, Raman y el equipo creen que el dispositivo se puede escalar fácilmente para su uso práctico. La cantidad de electricidad que genera por unidad de superficie sigue siendo relativamente pequeña, lo que limita su aplicación generaliza por ahora, pero los investigadores predicen que se puede hacer unas veinte veces más potente con una ingeniería mejorada. Por ejemplo, el suprimir la ganancia de calor en el componente de enfriamiento radiativo para aumentar la eficiencia de intercambio de calor, y su operación en un clima más cálido y seco.
“Nuestro trabajo destaca las tremendas posibilidades que tiene el aprovechar el frío del espacio exterior como un recurso de energía renovable. Creemos que esto puede formar la base de una tecnología complementaria a la solar. Si bien la producción de energía siempre será sustancialmente menor, puede funcionar en unas horas en que las células solares no pueden”, concluye Raman.
