{"id":101,"date":"2014-03-04T13:17:33","date_gmt":"2014-03-04T12:17:33","guid":{"rendered":"http:\/\/blogs.laverdad.es\/jalozate\/?p=101"},"modified":"2014-03-04T13:17:33","modified_gmt":"2014-03-04T12:17:33","slug":"una-nueva-fuente-de-energia-renovable-la-infrarroja","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.laverdad.es\/jalozate\/2014\/03\/04\/una-nueva-fuente-de-energia-renovable-la-infrarroja\/","title":{"rendered":"\u00bfUNA NUEVA FUENTE DE ENERG\u00cdA RENOVABLE?: LA INFRARROJA"},"content":{"rendered":"

Caroline Perry es la\u00a0redactora de una noticia emitida por la prestigiosa Universidad de Harvard, describiendo los resultados de investigaciones realizadas por f\u00edsicos de esa Universidad proponiendo el uso de dispositivos que podr\u00edan recolectar la energ\u00eda infrarroja (calor) que la Tierra emite hacia el espacio exterior y convertirla directamente en electricidad: http:\/\/www.seas.harvard.edu\/news\/2014\/03\/new-renewable-energy-source<\/a>.<\/p>\n

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Traducci\u00f3n autom\u00e1tica, con modificaciones (Bing):<\/p>\n

Cuando el sol se pone en un remoto horizonte del desierto y los paneles solares no son operativos, \u00bfqu\u00e9 fuente de energ\u00eda proporcionar\u00e1 energ\u00eda durante la noche? <\/span>\u00bfUna bater\u00eda, tal vez, o un viejo generador diesel? <\/span>Tal vez sea algo extra\u00f1o y nuevo.<\/span><\/p>\n

Los f\u00edsicos de la \u00a0Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)\u00a0imaginan un dispositivo que podr\u00eda cosechar energ\u00eda de las emisiones infrarrojas de la tierra hacia el espacio exterior.<\/p>\n

Calentado por el sol, nuestro planeta est\u00e1 caliente en comparaci\u00f3n con el fr\u00edgido vac\u00edo exterior. <\/span>Gracias a los recientes avances tecnol\u00f3gicos,\u00a0seg\u00fan los investigadores, ese desequilibrio t\u00e9rmico podr\u00eda transformarse\u00a0directamente en una corriente\u00a0el\u00e9ctrica (DC), aprovechando as\u00ed una fuente de energ\u00eda enorme y sin explotar hasta la fecha.<\/span><\/p>\n

Esta semana se publicar\u00e1 en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences\u00a0 <\/em>un art\u00edculo conteniendo su an\u00e1lisis de la termodin\u00e1mica del proceso,\u00a0y los correspondiente\u00a0 requisitos\u00a0pr\u00e1cticos y\u00a0 tecnol\u00f3gicos. <\/span><\/p>\n

“En principio, no es completamente obvio, c\u00f3mo se puede\u00a0 generar la electricidad como consecuencia de \u00a0la emisi\u00f3n de la\u00a0luz infrarroja en el espacio hacia el fr\u00edo,”\u00a0ha dicho\u00a0el investigador principal\u00a0 Federico Capasso,\u00a0 que ocupa la c\u00e1tedra\u00a0L. Robert Wallace\u00a0de F\u00edsica aplicada y\u00a0disfruta de la ayuda senior avanzada Vinton Hayes de ingenier\u00eda SEAS de Harvard. <\/span><\/span>“Generar energ\u00eda mediante la emisi\u00f3n, no mediante la absorci\u00f3n de la luz, es lo raro. <\/span>Tiene sentido f\u00edsicamente cuando se piensa en ello, pero parece contraintuitivo. <\/span>Estamos hablando sobre el uso de la f\u00edsica a nivel de nanoescala para una aplicaci\u00f3n completamente nueva.”<\/span><\/p>\n

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<\/strong>Los f\u00edsicos de Harvard Federico Capasso (izquierda), Steven J. Byrnes (derecha) y Romain Blanchard proponen una nueva forma de energ\u00eda renovable de la cosecha. <\/span>(Foto por Eliza Grinnell,\u00a0SEAS Communications).<\/span><\/em><\/p>\n

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DESAFIO<\/strong><\/p>\n

Capasso es un experto mundialmente reconocido en la f\u00edsica de semiconductores, fot\u00f3nica y electr\u00f3nica de estado s\u00f3lido. <\/span>Co-inventor del l\u00e1ser infrarrojo cu\u00e1ntico en cascada, en 1994, fue pionero en el campo de la conocida como\u00a0 ingenier\u00eda “bandgap” y\u00a0describi\u00f3\u00a0un esquivo fen\u00f3meno electrodin\u00e1mico cu\u00e1ntico\u00a0 llamado la fuerza repulsiva de Casimir, trabajo\u00a0por el cual ha recibido la Medalla de Oro SPIE,\u00a0 el Premio de la Sociedad Europea de F\u00edsica\u00a0 de Electr\u00f3nica cu\u00e1ntica y \u00d3ptica\u00a0\u00a0y el premio Jan Czochralski\u00a0por los <\/span><\/span>logros de toda\u00a0una vida. <\/span><\/span>Su equipo de investigaci\u00f3n parece estar especializado\u00a0en cuestionar rigurosamente las suposiciones de otros f\u00edsicos\u00a0sobre \u00f3ptica y electr\u00f3nica.<\/span><\/p>\n

“El IR medio ha sido, en gran medida, una parte olvidada del espectro,” dice Capasso. <\/span>“Incluso para espectroscopia, hasta que surgi\u00f3 el l\u00e1ser de cascada cu\u00e1ntica, el IR medio era considerado como una zona dif\u00edcil de trabajo. <\/span>La gente simplemente parec\u00eda tener puestas unas\u00a0anteojeras.”<\/span><\/p>\n

Ahora, Capasso y su equipo de investigaci\u00f3n lo que proponen es algo parecido a un panel solar fotovoltaico, pero en lugar de captar la luz visible entrante, el dispositivo podr\u00eda generar energ\u00eda el\u00e9ctrica al liberar luz infrarroja.<\/p>\n

“La luz del sol tiene energ\u00eda por lo que el aprovechamiento \u00a0fotovoltaico tiene sentido; <\/span>se est\u00e1 recolectando la energ\u00eda. <\/span>Pero no es tan simple, y la captaci\u00f3n de energ\u00eda de la emisi\u00f3n de luz infrarroja es menos intuitiva,” dice\u00a0el investigador principal Steven J. Byrnes\u00a0 que disfruta de una ayuda postdoctoral del SEAS. <\/span>“No es obvio cu\u00e1nta energ\u00eda\u00a0se podr\u00eda generar de este modo, o si vale la pena seguir, hasta que uno se sienta y hace los c\u00e1lculos.”<\/span><\/p>\n

El\u00a0resultado es que\u00a0la potencia ser\u00eda modesta pero real.<\/p>\n

Byrnes se\u00f1ala que “el dispositivo podr\u00eda acoplarse con una c\u00e9lula solar, por ejemplo, para obtener energ\u00eda extra durante la noche, sin coste adicional de la instalaci\u00f3n.”<\/p>\n

Dos\u00a0dispositivos \u2014 uno macro, un nano<\/strong><\/p>\n

Para mostrar el abanico de posibilidades, el grupo de Capasso sugiere dos diversas clases de cosechadoras de energ\u00eda emisiva: uno semejante a un generador de energ\u00eda solar t\u00e9rmica y otro que es an\u00e1logo a una c\u00e9lula fotovoltaica. <\/span>Ambos funcionar\u00edan reversiblemente<\/span><\/p>\n

El primer tipo de dispositivo consistir\u00eda en una placa “caliente”\u00a0a la temperatura de la tierra y el aire, con un plato “fr\u00edo” en lo alto. <\/span>La placa fr\u00eda, hacia arriba, estar\u00eda constituida un material altamente emisivo que se enfr\u00eda al radiar\u00a0calor hacia el cielo muy eficientemente. <\/span>Basado en las mediciones realizadas de las emisiones infrarrojas en Lamont, Oklahoma, los investigadores calculan que la diferencia de calor entre las placas podr\u00eda generar unos pocos vatios por metro cuadrado, d\u00eda y noche. <\/span>Ser\u00eda dif\u00edcil mantener la placa “en fr\u00edo” m\u00e1s fresca que la temperatura ambiente, pero este dispositivo ilustra el principio general: las diferencias en temperatura\u00a0generan trabajo 8energ\u00eda).<\/span><\/p>\n

“Este enfoque es bastante intuitivo porque estamos combinando los principios familiares de m\u00e1quinas y motores t\u00e9rmicos y\u00a0 de enfriamiento radiativo,” dice Byrnes.<\/p>\n

La segunda propuesta de dispositivo se basa en las diferencias de temperatura entre los componentes electr\u00f3nicos\u00a0a nanoescala \u2014 diodos y antenas \u2014 en lugar de\u00a0diferencias de temperatura perceptibles f\u00e1cilmente con la mano.<\/p>\n

“Si tienes dos componentes a la misma temperatura, obviamente no puede extraer cualquier trabajo, pero si tienes dos temperaturas diferentes si es posible,” dice Capasso. <\/span>“Pero es dif\u00edcil; <\/span>en el plano de los comportamientos de electrones, la explicaci\u00f3n es mucho menos intuitiva”.<\/span><\/p>\n

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Tres circuitos de generador diodo-resistor con entradas de temperatura diferentes. <\/span>Un circuito en\u00a0 equilibrio t\u00e9rmico(A) no genera ninguna corriente; <\/span>(B) es un circuito rectificador convencional. <\/span>El equipo de Harvard propone un giro \u2014 se muestra en (C). <\/span>(Imagen cortes\u00eda de Federico Capasso y PNAS).<\/span><\/em><\/p>\n

\u00a0<\/span>“Encontramos que dise\u00f1os parecidos hab\u00edan sido considerado antes para otra aplicaci\u00f3n, como en 1968 por J.B. Gunn, el inventor del diodo Gunn utilizado en los radares de la polic\u00eda\u00a0 pero fueron completamente olvidados “<\/span><\/p>\n

En pocas palabras, los componentes de un circuito el\u00e9ctrico espont\u00e1neamente pueden\u00a0lanzar corriente en cualquier direcci\u00f3n; <\/span>Esto se denomina ruido el\u00e9ctrico. Los di<\/span>agramas de Gunn muestran que si un componente el\u00e9ctrico tipo v\u00e1lvula llamado diodo est\u00e1 a una temperatura m\u00e1s alta que un resistor, empujar\u00e1 la corriente en una sola direcci\u00f3n, produciendo una tensi\u00f3n positiva. <\/span>El grupo de Capasso sugiere que el papel de la resistencia podr\u00eda ser interpretado por una antena microsc\u00f3pica que emite muy eficientemente la radiaci\u00f3n infrarroja de la tierra hacia el cielo, el enfriamiento de los electrones es una parte del circuito.”\u00a0 <\/span>El resultado, dice\u00a0 Byrnes, es que “se obtiene una corriente el\u00e9ctrica directamente\u00a0del proceso de radiaci\u00f3n, sin el paso intermedio del enfriamiento de un objeto macrosc\u00f3pico.”<\/p>\n

Seg\u00fan la investigaci\u00f3n realizada\u00a0 un \u00fanico dispositivo plano podr\u00eda cubrir\u00a0muchos de\u00a0esos peque\u00f1os circuitos, apuntando al cielo y\u00a0 ser utilizado para generar energ\u00eda.<\/p>\n

Retos tecnol\u00f3gicos\u00a0y promesas<\/strong><\/p>\n

El enfoque optoelectr\u00f3nicos,\u00a0podr\u00eda ser factible a la luz de los recientes avances tecnol\u00f3gicos: avances en plasm\u00f3nica, en la peque\u00f1a escala electr\u00f3nica, en \u00a0nuevos materiales como el grafeno y procesos como la nanofabricaci\u00f3n. <\/span>El equipo de Harvard dice que un m\u00e9rito\u00a0de sus investigaciones es que sierven para clarificar los desaf\u00edos pendientes.<\/span><\/p>\n

” Muchas personas han estado trabajando en diodos infrarrojos\u00a0por lo menos durante \u00a050 a\u00f1os sin mucho progreso, pero los recientes avances como la nanofabricaci\u00f3n son esenciales para que\u00a0esos trabajos puedan ser ahora\u00a0mejores, m\u00e1s escalables y m\u00e1s reproduciblse,” dice Byrnes.<\/p>\n

Sin embargo, incluso con diodos infrarrojos modernos y mejores, hay un problema. <\/span>“Cuanto m\u00e1s\u00a0potencia fluye a trav\u00e9s de un circuito,\u00a0es m\u00e1s f\u00e1cil conseguir que los componentes se comporten adecuadamente. <\/span>En el caso de emisiones infrarrojas, la tensi\u00f3n ser\u00e1 relativamente baja,” explica Byrnes. <\/span>“Eso significa que ser\u00eda muy dif\u00edcil crear un diodo infrarrojo que funcionase bien”.<\/span><\/p>\n

Por ello, ingenieros y f\u00edsicos, incluyendo a Byrnes,\u00a0est\u00e1n estudiando nuevos tipos de diodos que pueden manejar voltajes m\u00e1s bajos, como los diodos t\u00fanel y diodos bal\u00edsticos. <\/span>Otro enfoque ser\u00eda aumentar la impedancia de los componentes del circuito, aumentando la tensi\u00f3n a un nivel m\u00e1s pr\u00e1ctico. <\/span>La soluci\u00f3n podr\u00eda requerir la participaci\u00f3n de ambos enfoques, predice Byrnes.<\/span><\/p>\n

La velocidad presenta otro desaf\u00edo. <\/span>“S\u00f3lo una clase selecta de diodos pueden encender y apagar 30 billones de veces por segundo, que es lo que necesitamos para las se\u00f1ales infrarrojas,” dice Byrnes. <\/span>“Tenemos que considerar las exigencias de velocidad al mismo tiempo que nos ocupamos de los requerimientos de voltaje y de la impedancia”.<\/span><\/p>\n

“Ahora que entendemos las restricciones y las \u00a0especificaciones,” a\u00f1ade Byrnes , “estamos en una buena posici\u00f3n para conseguir una soluci\u00f3n”.<\/p>\n

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