Ingeniería

Convertir calor en electricidad usando moléculas orgánicas

(NC&T) El descubrimiento, realizado por investigadores de la Universidad de California en Berkeley (UCB), constituye un hito en la búsqueda de formas más eficaces de conversión directa del calor en electricidad. El método hoy predominante de generación de energía eléctrica implica quemar combustibles fósiles para producir calor, a menudo en forma de vapor con el que hacer girar una turbina que a su vez acciona un generador productor de electricidad.

Una cantidad estimada en el 90 por ciento de toda la electricidad producida en el mundo, desde las grandes plantas generadoras hasta los motores de vehículos, se genera a través de esta conversión indirecta del calor. En el proceso, se desperdicia gran parte del mismo, liberado en el entorno. Cualquiera que haya experimentado alguna vez una avería en su automóvil por el mal funcionamiento del radiador, ha comprobado por sí mismo este exceso de calor.

"Para generar 1 vatio de energía se requieren aproximadamente 3 vatios de calor de entrada, y ello implica descargar en el entorno el equivalente aproximado de 2 vatios de energía en forma de calor", expone Arun Majumdar, profesor de ingeniería mecánica de la Universidad de California en Berkeley e investigador principal del estudio. "Incluso si sólo una fracción del calor perdido pudiera convertirse en electricidad de manera rentable, el impacto sería enorme, ya que supondría un ahorro masivo de combustible e importantes reducciones en las emisiones de dióxido de carbono".

Por desgracia, la temperatura a la que se libera el calor en muchas máquinas es demasiado baja para que éste pueda ser utilizado con eficacia por los motores tradicionales que se alimentan de calor.

Convertir calor en electricidad
Una molécula orgánica entre dos superficies de oro. Cuando se calienta un lado, se crea una corriente. (Foto: Ben Utley)
Durante los últimos 50 años, emplear este calor desperdiciado ha sido un importante objetivo de las investigaciones en los conversores termoeléctricos, que emplean un método más simple y directo de generar la electricidad. Tales conversores cuentan con el efecto Seebeck, un fenómeno en el cual se produce un voltaje cuando dos metales distintos presentan una diferencia de temperatura a través de la zona de contacto entre ambos.

Sin embargo, tales generadores termoeléctricos operan con una eficiencia del 7 por ciento, bastante pobre si la comparamos con la del 20 por ciento que ofrecen los motores de calor tradicionales. Es más, tales conversores están hechos de aleaciones metálicas caras y exóticas, como el bismuto y el telurio, haciéndolos demasiado costosos y poco prácticos para extender su uso.

Los nuevos estudios de la UCB marcan la primera vez que el efecto Seebeck ha sido medido en una molécula orgánica, sentando las bases para el desarrollo de conversores termoeléctricos más rentables. "La meta es obtener resultados a partir de materiales que sean más abundantes y fáciles de procesar", subraya Rachel Segalman, coautora del estudio y profesora de ingeniería química en la UCB. "Los productos orgánicos son baratos y pueden procesarse con facilidad".

Los investigadores cubrieron dos electrodos de oro con moléculas de tres compuestos diferentes de benceno. Entonces calentaron un lado para crear una diferencia de temperatura. Por cada grado Celsius de diferencia, los investigadores midieron 8,7 microvoltios de electricidad, 12,9, ó 14,2, dependiendo del compuesto. El diferencial máximo de temperatura probado fue de 30 grados Celsius.


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