Investigadores de la Universidad Rice han desarrollado un enfoque novedoso para capturar el calor residual de los procesos industriales, lo que podría ahorrar miles de millones en costos de energía. Su diseño de inspiración cuántica podría ayudar a que el almacenamiento de energía térmica sea una alternativa práctica a las baterías para aplicaciones a escala de red.
Publicado en npj Nanofotónica | Tiempo estimado de lectura: 5 minutos
En un mundo donde hasta la mitad del calor industrial termina desperdiciado, lo que le cuesta a la economía estadounidense más de 200 mil millones de dólares al año, encontrar mejores formas de capturar y reutilizar esta energía se ha vuelto crucial. Ahora, los científicos de la Universidad Rice han tomado un camino poco convencional para resolver este desafío, inspirándose en la física cuántica para crear una forma más eficiente de convertir el calor en electricidad.
El avance se centra en mejorar los sistemas termofotovoltaicos (TPV), que transforman el calor en electricidad a través de la luz. El equipo se centró en mejorar el emisor térmico (el componente que convierte el calor en luz) logrando niveles de eficiencia superiores al 60 % manteniendo al mismo tiempo la aplicabilidad práctica.
«El uso de enfoques de diseño convencionales limita el espacio de diseño de los emisores térmicos», explica Gururaj Naik, profesor asociado de la Universidad Rice. «El resultado final es uno de dos escenarios: dispositivos prácticos de bajo rendimiento o emisores de alto rendimiento que son difíciles de integrar en aplicaciones del mundo real».
El diseño innovador del equipo utiliza una lámina de metal de tungsteno cubierta con nanocilindros de silicio y una fina capa espaciadora. Esta disposición permite que el sistema controle con precisión cómo se capturan y liberan los fotones (partículas de luz), maximizando la eficiencia de conversión de energía.
Las implicaciones de este avance se extienden mucho más allá de los entornos industriales. La tecnología podría hacer que el almacenamiento de energía térmica sea una alternativa viable a las baterías de iones de litio para aplicaciones a escala de red, particularmente donde se necesita almacenamiento de energía a largo plazo. También podría encontrar aplicaciones en la exploración espacial, potencialmente impulsando vehículos exploradores en Marte.
«Si nuestro enfoque pudiera conducir a un aumento de la eficiencia del 2% al 5% en dichos sistemas, eso representaría un impulso significativo para las misiones que dependen de la generación eficiente de energía en entornos extremos», señala Naik, aprovechando su experiencia trabajando con la NASA. .
A medida que las industrias de todo el mundo buscan reducir su impacto ambiental manteniendo al mismo tiempo la productividad, las tecnologías que pueden recuperar y utilizar el calor residual se vuelven cada vez más valiosas. Este desarrollo nos acerca un paso más a un futuro industrial más eficiente energéticamente.
Glosario:
- Sistemas termofotovoltaicos (TPV)
- Tecnología que convierte el calor en electricidad convirtiendo primero el calor en luz, que luego es captada por células fotovoltaicas.
- Emisor Térmico
- Componente que transforma el calor en luz en un sistema TPV.
- Nanocilindros
- Estructuras cilíndricas microscópicas que ayudan a controlar la liberación de partículas ligeras en el sistema.
¿Qué porcentaje del calor industrial se desperdicia actualmente?
Entre el 20% y el 50% del calor industrial utilizado en los procesos de fabricación se desperdicia.
¿Qué nivel de eficiencia alcanzó el nuevo emisor térmico?
El emisor térmico alcanzó niveles de eficiencia superiores al 60 % sin dejar de ser práctico para aplicaciones del mundo real.
¿Cuáles son los componentes clave del nuevo diseño del emisor térmico?
El diseño utiliza una lámina de metal de tungsteno, una fina capa espaciadora y una red de nanocilindros de silicio.
¿Cómo podría esta tecnología beneficiar la exploración espacial?
Podría aumentar la eficiencia de la generación de energía del 2% al 5% para sistemas como los vehículos exploradores de Marte que operan en entornos extremos.
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