Cómo la evaporación de lagos y embalses podría alimentar de manera sostenible a una nación

Oct 04 2017
Los investigadores han encontrado una forma de utilizar la evaporación de los lagos y embalses para generar electricidad, y dicen que podría convertirse en una importante fuente de energía renovable.
La recolección de la evaporación para obtener energía podría proporcionar una fuente de energía sostenible y reducir a la mitad el agua que se pierde por evaporación natural, según el investigador. Juan Carlos Munoz / Getty Images

Cuando pensamos en fuentes de energía renovables que podrían ayudar a reemplazar la quema de combustibles a base de carbono que alteran el clima, nos vienen a la mente los paneles solares y las turbinas eólicas . Pero los científicos de la Universidad de Columbia han identificado otra fuente de energía sin explotar hasta ahora que podría ser igualmente prometedora: la enorme cantidad de agua que se evapora continuamente de los lagos y embalses de la nación.

Ese fenómeno natural, dicen, podría aprovecharse mediante dispositivos que contienen láminas cubiertas con esporas bacterianas, que se contraen y expanden en respuesta a los cambios de humedad, casi como la flexión de un músculo. Esa acción mecánica "muscular", a su vez, podría usarse para generar cantidades gigantescas de electricidad, dicen.

En un artículo recientemente publicado en la revista Nature Communications, los investigadores estiman que las masas de agua continentales en los Estados Unidos tienen al menos el potencial teórico de generar hasta 325 gigavatios de electricidad, una cantidad equivalente a casi el 70 por ciento de nuestra electricidad a nivel nacional. consumo en 2015.

"Nuestro músculo artificial absorbe el agua que se evapora de la superficie del lago", dice el ingeniero químico y autor principal del estudio, Ahmet-Hamdi Cavusoglu, por correo electrónico. "A medida que absorbe agua, el músculo se hincha y se expande. Cuando el músculo absorbe toda el agua posible, las contraventanas sobre el músculo se abren para que el agua se evapore en el aire desde el músculo. A medida que el agua sale del músculo, el músculo se encoge, tirando de una turbina para generar energía, similar a un remero en una máquina de remo tirando de la turbina ".

Los hallazgos del estudio indican que el sur y el oeste de Estados Unidos tienen la mayor capacidad para producir energía generada por evaporación.

En la práctica, esa cantidad de energía podría ser difícil de lograr, ya que, como señala el artículo, requeriría cubrir completamente la superficie completa de casi todos los lagos y embalses domésticos. Pero como incluso un despliegue mucho más pequeño de motores de evaporación, digamos, que cubra el 10 por ciento de esas superficies de agua, aún podría agregar una cantidad sustancial de capacidad eléctrica al suministro de la nación.

"Si tuviéramos que cubrir solo el 10 por ciento de los diez principales lagos y embalses, estudiaríamos con los motores de evaporación más eficientes posibles", dice Cavusoglu, ahora director asociado de Academic Venture Exchange y director de asociaciones en la Innovation Accelerator Foundation , "Podríamos aprovechar una potencia promedio de 7,1 gigavatios en un área de aproximadamente 560 millas cuadradas [1450 kilómetros cuadrados], que es mayor que el sector de energía solar de servicios públicos en los EE. UU. en 2013".

Y eso es solo si usaran lagos y embalses. La energía de evaporación también podría obtenerse de otras fuentes, que van desde ríos y costas hasta campos agrícolas que han sido humedecidos por el riego.

"El agua es prácticamente omnipresente en el medio ambiente", dice Ozgur Sahin , profesor asociado de ciencias biológicas y física en Columbia y uno de los coautores del estudio. (Sahin y sus colegas fueron pioneros en el uso de esporas y evaporación para crear pequeños motores, como se detalla en este artículo de Nature Communications de 2015 ).

El uso de la evaporación como fuente de energía renovable también podría tener otras ventajas, señalan los investigadores. La evaporación es impulsada por la energía solar, que es absorbida por un cuerpo de agua y almacenada, casi como una batería gigantesca, y luego se libera gradualmente. Eso significa que un motor de evaporación podría producir electricidad con menos fluctuaciones que los paneles solares o las turbinas eólicas, cuya producción cae cuando el viento amaina o el sol se esconde detrás de una nube.

Además, los motores de evaporación podrían alterar la cantidad de vapor de agua emitida por un lago, embalse u otra fuente, proporcionando ayuda a las partes del país con escasez de agua. Los motores también podrían controlar la salida eléctrica.

"Una propiedad interesante de la que nos dimos cuenta es que al ralentizar la evaporación, podemos elevar la temperatura del agua, almacenando efectivamente energía en forma de calor que luego podríamos liberar a demanda", dice Cavusoglu. "Dependiendo de las condiciones climáticas locales, podríamos liberar esta energía almacenada rápidamente como evaporación adicional para igualar las fluctuaciones en la demanda de energía eléctrica. Esto sería similar a cómo las represas hidroeléctricas varían su producción de energía al cambiar el caudal de agua a través de la represa".

Hasta ahora, los motores de evaporación se han probado solo en el laboratorio, y hay mucho más trabajo de investigación y desarrollo por delante antes de que la tecnología pueda ampliarse al tamaño en el que podría convertirse en una fuente importante de electricidad.

"En primer lugar, es necesario fabricar materiales mejores y más grandes que puedan aprovechar eficazmente la energía de la evaporación", dice Cavusoglu. "Actualmente, el laboratorio de Sahin está investigando cómo hacer mejores materiales basados ​​en esporas y construyendo prototipos de motores más grandes. Esperamos ver prototipos más grandes que se demuestren en los próximos años".

Eso es interesante

Según un estudio de 2013 realizado por científicos estadounidenses y canadienses, el valor de la evaporación de un día típico de los Grandes Lagos podría ascender a 820 mil millones de galones (3,1 billones de litros), casi 20 veces la velocidad de flujo de las Cataratas del Niágara.

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