Ramon

Ramon
Ramon Gallart

dimecres, 13 de novembre del 2024

Nou motor tèrmic.

La major part de l'electricitat mundial es genera mitjançant turbines de vapor, que funcionen gràcies a la combustió de carbó, gas i la fissió nuclear. Tradicionalment, les cèl·lules termofotovoltaiques (TPV) no han estat tan eficients com aquestes turbines, ja que només transformaven el 20% de l'energia tèrmica en electricitat, en contrast amb el 35% que aconsegueixen les turbines de vapor.

No obstant això, en el futur es podria emmagatzemar l'energia generada a partir de fonts renovables com a calor en bateries tèrmiques i convertir-la novament en electricitat utilitzant cèl·lules TPV.

Des de la Revolució Industrial, l'energia generada per vapor ha estat un puntal del progrés modern. Encara avui, la major part de l'electricitat es produeix mitjançant turbines de vapor que utilitzen combustibles com el carbó, el gas o la fissió nuclear.

Ara bé, un nou tipus de motor tèrmic, desenvolupat per investigadors del MIT i el National Renewable Energy Laboratory (NREL), ha aconseguit superar l'eficiència de les turbines de vapor gràcies a innovacions en la forma en què es genera i emmagatzema l'energia.a.

Un dels reptes actuals és que, tot i que el cost de produir electricitat amb fonts renovables ha caigut dràsticament en la darrera dècada (l'Agència Internacional de l'Energia va destacar el 2020 que l'energia solar s'havia convertit en la font més barata de la història), encara es depèn dels combustibles fòssils per a dos terços de la producció elèctrica mundial, ja que són més fiables i disponibles. Les renovables són més beneficioses per al medi ambient, però les limitacions en l'emmagatzematge d'energia fan que la seva disponibilitat no sigui constant.

Les bateries actuals poden emmagatzemar energia renovable, però amb pèrdues de càrrega al llarg del temps, cosa que limita el seu ús a períodes de dies o setmanes. Això impedeix acumular grans quantitats d'energia solar durant l'estiu per utilitzar-la a l'hivern. Per això, els sistemes de bateries tèrmiques es plantegen com una alternativa prometedora per millorar la fiabilitat de la xarxa renovable.

Més del 90% de l'electricitat global es genera a partir de calor, utilitzant motors tèrmics per convertir aquesta energia en electricitat. Les turbines de vapor, que funcionen escalfant aigua fins a convertir-la en vapor per fer girar una turbina, són l'exemple més comú. En canvi, les cèl·lules TPV utilitzen materials semiconductors per transformar directament els fotons d'una font de calor en electricitat.

Les cèl·les TPV tenen l'avantatge de no tenir parts mòbils, fet que redueix els costos de manteniment en comparació amb les turbines de vapor. A més, poden operar a temperatures més altes, cosa que en millora l'eficiència. Tot i això, tradicionalment han estat menys eficients, amb una conversió del 20% de l'energia tèrmica, enfront del 35% de les turbines.

El motor tèrmic desenvolupat pel MIT representa un avenç per a l'ús de les renovables. Aquest sistema pot emmagatzemar l'energia generada per fonts renovables com el vent o el sol en forma de calor, utilitzant dipòsits de metall líquid aïllats per a emmagatzematge a llarg termini. Quan es necessita tornar a convertir aquesta calor en electricitat, es poden utilitzar cèl·les TPV.

El 2019, els investigadors del MIT van estimar que assolir un 35% d'eficiència faria viables els sistemes de bateries tèrmiques. Ara, amb la col·laboració dels científics de l'NREL, han aconseguit dissenyar un sistema que converteix la calor de fins a 2.400 ºC en electricitat amb una eficiència propera al 40%.

La clau d'aquest avenç és la utilització de múltiples capes de materials semiconductors, on cadascun absorbeix fotons de diferents longituds d'ona (visible, ultraviolada i infraroja). Un mirall daurat reflecteix els fotons no absorbits cap a la font de calor, reduint els residus. Aquesta innovació ha permès situar les cèl·lules TPV en un rang d'eficiència competitiu.

Aquestes cèl·les TPV podrien ser la peça clau per impulsar l'ús de les energies renovables i aconseguir una xarxa elèctrica completament descarbonitza.

Font: Article original  Freethink