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El graduado del Instituto de Tecnología de Georgia Caleb Amy trabaja con engranajes cerámicos, componentes de una novedosa bomba que puede transferir estaño fundido a temperaturas extremadamente altas.

Energía

Una bomba cerámica que funciona con calor extremo podría resolver el almacenamiento de las renovables

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El aparato opera a una temperatura récord de 1.400 ºC, lo que permite usar metales líquidos para almacenar calor de forma eficiente y barata que puede reconvertirse en electricidad. Si logran que funcione a largo plazo, el problema del almacenamiento podría quedar resuelto

  • por James Temple | traducido por Patricia R. Guevara
  • 19 Octubre, 2017

Un equipo de científicos ha desarrollado una bomba de cerámica que funciona a 1.400 ºC, varios cientos de grados por encima de los sistemas de transferencia de calor existentes. Así que el avance abre nuevas e importantes posibilidades para el almacenamiento de energía.

De acuerdo con un nuevo estudio publicado en la revista Nature, los investigadores creen que podría utilizarse para desarrollar un sistema eficiente de almacenamiento en red para ayudar a que las fuentes renovables como el viento y la energía solar sean tan baratas y fiables como las plantas de gas natural (ver El azufre podría ser la clave que las baterías necesitan para masificar la energía renovable).

El sistema de almacenamiento térmico en cuestión utilizaría metales líquidos como el silicio fundido, lo que permitiría el almacenamiento y la transferencia de energía térmica a temperaturas mucho más altas de las que permiten los materiales que se utilizan normalmente, tales como sales fundidas. Las temperaturas más altas implican que más energía térmica puede convertirse en energía mecánica o eléctrica, lo que mejora la eficiencia general.

El profesor asistente del Instituto de Tecnología de Georgia (EEUU) Asegun Henry explica: "Esto nos permite mover el calor a temperaturas extremadamente altas. Es un cambio radical frente a lo que se puede hacer".

El interés por usar metales líquidos como medio de almacenamiento de calor ha ido creciendo, pero el desafío estaba en el desarrollo de bombas y tuberías que no se deterioren en tales condiciones. La cerámica puede soportar temperaturas increíblemente altas, pero también es frágil, lo que la convierte en un material difícil para crear componentes para máquinas.

Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, junto con colaboradores de Stanford (EEUU) y Purdue (EEUU), superaron esta limitación aprovechando los nuevos materiales compuestos, junto con herramientas diamantadas y mecanizado de precisión. También emplearon sellos de grafito, otro material que resiste temperaturas muy altas.

El estaño fundido fluye a 1.400 ˚C en un laboratorio de Georgia Tech.Foto: El estaño fundido fluye a 1.400º en un laboratorio del Instituto de Tecnología de Georgia.

El prototipo de la bomba mecánica funcionó con éxito durante 72 horas seguidas con estaño fundido, a temperaturas medias de alrededor de 1.200 ºC y una temperatura máxima de 1.400 ºC. La bomba mostró signos de desgaste después de las pruebas. Como paso siguiente de la investigación, los científicos están desarrollando una bomba de carburo de silicio, un material cerámico más duro que debe durar mucho más.

La investigación ha sido posible gracias a unos tres millones de euros en fondos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados-Energía (ARPA-E, por sus siglas en inglés), la división de investigación avanzada del Departamento de Energía de los Estados Unidos.

El sistema de almacenamiento en red propuesto usaría electricidad procedente de energía solar, eólica o nuclear para calentar silicio líquido a temperaturas muy altas y crear energía térmica. En épocas de alta demanda y baja producción de energía, como por las tardes después de la caída del Sol, el sistema devolvería esa energía a la red mediante termofotovoltaico​s, un tipo de célula que puede convertir el calor en forma de luz infrarroja en electricidad (ver Células fotovoltaicas calientes).

El denominado sistema de almacenamiento de la red de energía térmica (TEGS, por sus siglas en inglés) funcionaría igual con el carbón o el gas natural. Pero lo que se promete es que la tecnología podría ofrecer una forma barata para almacenar carga base para las energías renovables, de manera que se almacene suficiente energía cuando el Sol brilla y el viento sopla para seguir produciendo electricidad incluso cuando dejan de hacerlo.

Hasta la fecha, la contribución de las fuentes de energía limpia ha sido limitada por el alto coste de los sistemas de baterías y la geografía restringida de los sistemas de almacenamiento, como la hidroeléctrica bombeada.

Los metales líquidos que la bomba de alta temperatura posibilita también tienen otras aplicaciones potenciales. Podrían reemplazar las sales fundidas en los sistemas de energía solar de concentración, y podrían permitir nuevos tipos de reactores nucleares enfriados por metales.

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