¿La solución a la energía fósil? Desarrollan nanogeneradores que pueden generar electricidad a partir del oleaje marino

El pasado 16 de septiembre, según un artículo publicado por New Scientist, se conoció que se están desarrollando pequeños generadores de electricidad estática capaces de producir energía a partir de las olas del mar. Se trata de un proyecto iniciado en el Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de Beijing en China, liderado por Zhong Lin Wang, el cual tiene como objetivo prescindir de la energía fósil e implementar un nuevo tipo de energía undimotriz.

Básicamente, la energía undimotriz hace referencia a la energía de las olas y consiste en la captura de energía por medio del movimiento del oleaje marino que genera el viento, para realizar un trabajo útil. Por consiguiente, a través de un convertidor de energía de las olas, existe la posibilidad de generar electricidad. Así, el equipo dirigido por Wang, logró un avance significativo al desarrollar una nueva estructura triboeléctrica que proporciona una gran densidad de potencia.

Nanogeneradores que crean energía con el movimiento del mar

En 2012, Zhong Lin Wang, profesor del Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de Beijing, fue el responsable de crear el primer nanogenerador triboeléctrico. Este consiste en un dispositivo de recolección de energía, que se encarga de convertir la energía mecánica externa (a nanoescala) en electricidad. En ese momento, fue todo un éxito, pero no se siguieron implementando proyectos de tal tipo.

Sin embargo, este 16 de septiembre, a través de un artículo publicado por New Scientist, se conoció que el mismo autor está trabajando en el desarrollo de nanogeneradores que logren generar electricidad a partir de las olas del mar. En conjunto con un grupo de expertos chinos del Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas, planea aprovechar el gran potencial de la energía de las olas del mar como fuente de energía renovable.

La novedosa propuesta de Wang se ha enfocado en proveer el impulso que necesita este tipo de tecnología para ser viable comercialmente, a través de diminutos generadores que se basan en el efecto triboeléctrico. El cual, se define como un tipo de electricidad originada por el contacto con otro material, de manera que consiste en un fenómeno de electrificación por frotamiento, por lo que recurre al uso de nanogeneradores que produzcan dicho efecto.

A pesar de los múltiples intentos de incorporar el efecto triboeléctrico en las tecnologías actuales, aún no se ha producido en masa ni mucho menos se ha vendido un dispositivo de esta clase.

Para lograrlo, el proyecto establece que la vinculación de miles de nanogeneradores triboeléctricos en largas cadenas es esencial para producir suficiente energía. De tal modo, los pequeños dispositivos podrán garantizar la mayor eficiencia para la energía de las olas del mar. Así, los expertos chinos señalan que esto podría duplicar el récord anterior de energía generada por volumen.

De manera específica, desde el Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de Beijing, han construido un diseño para la energía del oleaje y este consiste en una bobina similar a un resorte dentro de un cilindro. Mientras las olas empujan dicho cilindro hacia adelante y hacia atrás, las partes separadas de la espiral se unen y se separan, respectivamente. Tales movimientos producen una corriente pequeña y significativas a la vez, para así generar energía eléctrica.

Para comprobar que funciona de forma eficiente, han llevado a cabo varias pruebas de laboratorio. En ellas, los nanogeneradores produjeron hasta 347 vatios de potencia por metro cúbico. Lo que significa que, alcanzaron el doble del mejor récord que se registro anteriormente e incluso, superaron 30 veces más que otros dispositivos de efecto triboeléctrico.

En consecuencia, es un gran logro de cara hacia el futuro. Según afirman los investigadores, estos resultados satisfactorios se deben a que lograron empaquetar más generadores en el mismo espacio. Allí, radica la ventaja de emplear dispositivos tan pequeños como los nanogeneradores, pues tienen la capacidad de registrar números altos y estos son clave para acaparar la energía suficiente a fin de lograr un impacto sustancial a lo que se utiliza actualmente.

“Con los nanogeneradores triboeléctricos, la estructura utilizada para generar energía suele ser mucho más grande que la capa delgada de los triboeléctricos. Si puedes empacar más en el mismo espacio, obtienes grandes ventajas”.

Zhong Lin Wang, profesor del Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de Beijing.

Por otro lado, a pesar de que este novedoso trabajo supera algunos de los principales retos que impiden el despliegue de nanogeneradores triboeléctricos para la recolección de energía de las olas, todavía existen dudas sobre su eficacia. Según Stephen Salter, científico de la Universidad de Edimburgo en Reino Unido, es probable que dichos dispositivos no puedan superar a los diseños de energía undimotriz convencionales. Además, el desgaste será un problema seguramente, ya que el proceso involucra fricción.

Si bien es cierto, la energía undimotriz suele utilizar tres tipos principales de equipos que son: Dispositivos en costa, dispositivos cerca de la costa y dispositivos fuera de la costa. En líneas generales, son equipos de gran tamaño capaces de extraer energía del oleaje del mar y aprovechar el movimiento relativo de este.

Ahora bien, respecto a su funcionamiento, este es simple: El agua accede a través de una cámara, comprime el aire del interior y genera una fuerza que acciona una turbina. Una vez el agua se retira, el aire vuelve a entrar y acciona el dispositivo nuevamente. En efecto, por medio del movimiento de los pistones, se acciona un generador que convierte la energía cinética de la ola en corriente eléctrica lista para su consumo.

Kairyu; la turbina japonesa que también puede crear energía del mar

El proyecto basado en los nanogeneradores triboeléctricos desarrollados en China, no es el único que planea aprovechar la energía oceánica. La cual, se define como una energía renovable transportada por las olas del mar, la salinidad, las mareas y las diferencias de temperatura del océano.

En junio, se conoció que la compañía japonesa IHI Corp probó una potente turbina submarina llamada ‘Kairyu’, diseñada para aprovechar las corrientes de Kuroshio. Se trata de una fuerte corriente oceánica de frontera occidental que atraviesa el océano Pacífico y brinda un suministro ilimitado. En otras palabras, promete electricidad sin interrupción a la nación.

La misión de la compañía IHI consiste en comercializar a Kairyu en el 2030, después de que este genere los 2 megavatios diarios que tienen como objetivo.

Como el nombre del Dragón de Pokémon, Kairyu es un prototipo de turbomáquina motora de 330 toneladas y 20 metros de largo. Así, su cuerpo está compuesto por elementos estructurales que alberga unos cilindros parecidos a las alas de un avión y brindan un sistema de generación de energía de 11 metros de longitud. Con dichas especificaciones, esta máquina se posicionará a favor del empuje de la corriente de aguas profundas para posteriormente canalizar la energía acaparada hacia una red.

Este proyecto ha sido ideado con el propósito de abastecer a toda la población japonesa, pues a la nación le ha quedado difícil abastecer a todo el territorio con energía solar. En consecuencia, ha optado por poner a prueba las corrientes oceánicas que poseen alrededor el 70% de potencia, frente a sólo el 15% que representa la energía solar.

Entre otros desarrollos adicionales con respecto a la energía de las olas, se encuentra un nuevo convertidor de energía de las olas diseñado por un equipo de expertos de la Universidad RMIT en Australia, a principios de año. El cual, en comparación con las tecnologías actuales, ha mostrado un funcionamiento doblemente efectivo nunca antes visto.

Por otro lado, en septiembre de 2022, la startup CalWave Energy con sede en Estados Unidos, confirmó la finalización satisfactoria de su tecnología de energía limpia ‘xWave’, en mar abierto. Dicha iniciativa se ha catalogado como un prometedor intento de aprovechar el descomunal potencial energético del mar, pues demostró más del 99% de tiempo de actividad del sistema en una prueba que duró alrededor de 10 meses.

En cuanto a su funcionamiento, el dispositivo xWave flotante es insertado en el sistema integral PaxWave de 20 MW y una vez llevado a mar abierto (como a unas 7 millas náuticas de la costa), queda anclado al fondo marino a través de una infraestructura de anclaje. Desde allí, posibilita el traslado de energía undimotriz a la costa por medio de cables enterrados y cuando arriba a la central eléctrica, la energía es vertida a la red y/o almacenada para su posterior uso.

Dicho proyecto de CalWave Energy, garantiza amplias ventajas que se resumen en: Escalabilidad (tanto en diseño como en funcionalidad), duración de más de 20 años, diseño para tormentas de hasta 100 años, más del 40% de factor capacidad, impacto ambiental aceptable, economía en operación y mantenimiento en comparación con la energía eólica marina, etc.