12/Ene/08

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Máquina sin partes móviles aprovecharía la energía del sol hasta el 60%

La energía solar está gozando de sus mejores días con el advenimiento de tales innovaciones como desde materiales fotovoltaicos (PV) flexibles hasta plantas térmicas que concentran el calor del sol para mover las turbinas.

Pero aún el mejor de estos sistemas convierte sólo alrededor del 30% de la energía solar recibida en electricidad, haciendo que la esta energía sea más cara que quemar carbón o petróleo. Todo esto cambiará si la invención de Lonnie Johnson llega a funcionar. El inventor independiente con base en Atlanta de la pistola Super Soaker (un verdadero hito tecnológico) dice que puede llevar la eficiencia de la conversión hasta el 60% con una novedosa máquina térmica de estado sólido. Esto representa un nuevo avance en el modo que se transforma calor en potencia.

Johnson, un ingeniero nuclear que posee más de 100 patentes, denomina a su invención el Sistema de Conversión de Energía Termoeléctrico Johnson o JTEC por sus iniciales en inglés. No es tecnología fotovoltaica, en la cual el silicio semiconductor convierte la luz en electricidad. Y a diferencia de la máquina de Stirling, en la cual los pistones son potenciados por la expansión y comprensión de un gas, no hay partes móviles en la JTEC. Es alguna clase de celda de combustible: JTEC hace circular hidrógeno entre dos ensambles membrana-electrodo (MEA). A diferencia de las celdas de combustible, sin embargo, JTEC es un sistema cerrado. No hay hidrógeno externo. No ingresa oxígeno. No hay salida de agua como residuo. Además de una sacudida de electricidad que actúa como la chispa de ignición, en una máquina de combustión interna, lo único que ingresa es calor.

He aquí como trabaja: Una pila de MEA se conecta a una fuente de calor de alta temperatura (tal como el calor del sol concentrado por espejos), y otra a un resumidero de baja temperatura (aire del ambiente). La pila de baja temperatura actúa como la etapa de compresión mientras que la de alta temperatura funciona como la etapa de potencia. Una vez que el ciclo comienza iniciado por el sacudón eléctrico, el diferencial de presión resultante produce voltaje entre las dos pilas MEA. El voltaje más alto de la pila de alta temperatura fuerza a la pila de baja temperatura a bombear hidrógeno dede la baja temperatura a la alta temperatuda, manteniendo la presión diferencial. Mientras el hidrógeno pase a través de la pila de alta temperatura, la pila genera potencia.

"Es como una máquina térmica convencional" explica Paul Werbos, director del programa en la Nationa Science Foundation, la cual provee los fondos para la JTEC. "Ella usa las diferencias de temperatura para crear gradientes de presión. Sólo que a diferencia de aquellas que usan la presión para mover un eje o una rueda, él está usando la fuerza de los iones a través de una membrana. Es una forma completamente nueva de generar electricidad a partir del calor".

Cuanto mayor es el diferencial de la temperatura, mayor es la eficiencia. Con la ayuda de Heshmat Aglan, un profesor de ingeniería mecánica en la Universidad Tuskegee de Alabama, Johnson espera tener un prototipo de baja temperatura (200 grados centígrados) terminado dentro del lapso de un año. Su colega está experimentado con membranas de alta temperatuda hechas de un novedoso material cerámico del ancho en la escala de los micrones. Johnson imagina un sistema de primera generación capaz de manejar temperaturas de hasta 600 grados. (En la actualidad, la concentración de luz solar mediante espejos parabólicos llega a los 800 grados). Basándose en la teoría termodinámica del ciclo de Carnot, a una diferencia de 600 grados, la eficiencia llega al 60%, el doble que se obtiene con las máquinas Stirling solares de hoy en día.

Esta máquina, dice Johnson, puede operar en pequeña escala o generar megawatts de potencia. Si se prueba que es viable, reducirá drásticamente el costo de la energía solar sólo para comenzar. Ademásl a JTEC tambíen podría tomar el calor desperdiciado de las máquinas de combustión intenra y de las turbinas a combustión; quizás también del calor de cuerpo humano. Y si no hay partes móviles significa que no hay fricción y por lo tanto pocas fallas mecánicas.

Como ingeniero, Johnson dice que siempre estuvo interesado en la conversión de la energía. De hecho, mientras estaba trabajando en una idea para una bomba de calor amigable para el ambiente (una que no requeriría Freón), se topó con el concepto de la "Super Soaker", que le hizo ganar millones de dólares en regalias. El dinero le permitió a Johnson dejar el Jet Propulsion Lab de la NASA (donde trabajó sobre la Misión Galileo, además de otros proyectos) y se hizo independiente. Los beneficios que obtuvo con sus juguetes han financiado la investigación en tecnología de baterías de avanzada. Específicamente de las membranas delgadas conductoras de iones de litio. Y aquel trabajo encendió la idea de la JTEC. Además de todo esto, bromea: "Todos los inventores tienen que tener una máquina, es como un rito de iniciación".

Fuente: Popular Mechanics.Traducido ppor Gustavo Courault