Crean una anaconda artificial para extraer energía de los océanos

Cada vez es más necesario encontrar nuevas formas de generación de energías renovables, por lo que el océano, que alberga una inmensa cantidad de energía, cobra cada vez más interés en este sentido. Uno de los últimos intentos para extraer la energía del mar es el del proyecto Anaconda Wave Energy Converter, de la compañía británica Chekmate Seaenergy.

Consiste en un tubo de caucho lleno de agua que, al contacto con las olas, podría llegar a generar hasta un megavatio de energía, y a un precio competitivo. Aún en fase de pruebas, sus creadores aseguran que será más barato, resistente y efectivo que otras propuestas tecnológicas presentadas hasta la fecha para tal fin.

El océano alberga una inmensa cantidad de energía renovable y limpia, y podría convertirse en una importante solución a los problemas energéticos de nuestro mundo, si científicos e ingenieros consiguen desarrollar los dispositivos necesarios para extraer esa energía del mar.

Uno de los intentos más recientes es el del proyecto Anaconda Wave Energy Converter, de la compañía Chekmate Seaenergy, del Reino Unido.

Aunque se encuentra aún en los estadios iniciales de su desarrollo, sus creadores consideran que Anaconda podría suponer el ahorro de muchos millones de toneladas de dióxido de carbono, una vez que se convierta en generador de energía de gran potencia.

Nuevo concepto

Según explican los científicos, Anaconda es un nuevo concepto de conversión de la energía de las olas. Consiste en un tubo de caucho lleno de agua, que se coloca en el mar. Está cerrado por sus dos extremos, y se ancla en el fondo oceánico colocado frente a las corrientes.

Cuando las olas golpean el tubo de caucho lleno de agua, se forma en el agua interior un abombamiento que viaja a una velocidad que viene determinada tanto por la geometría del tubo como por las propiedades del material que lo forman.

Anaconda está diseñado para que la velocidad de este abombamiento esté cercana a la de las olas exteriores. En estas condiciones, los abombamientos aumentan a medida que avanzan por el tubo, reuniendo la energía del oleaje. Así, según explica el Engineering and Physical Sciences Research Council, la ola que viaja por fuera del tubo, junto al abombamiento interior del agua de éste, hace que dicho abombamiento sea cada vez mayor, y que alcance la turbina con la máxima potencia.

Aunque, hasta el momento, los científicos sólo han probado un modelo a escala, de 25 centímetros de ancho por ocho de largo, se espera que el modelo definitivo llegue a tener 200 metros de largo y siete metros de diámetro.

Con este tamaño, podrá generar un megavatio de energía a un precio de 12 céntimos por kilovatio/hora o quizás algo menos, un coste que resultaría competitivo frente al de otras tecnologías de energía mareomotriz.

Dispositivo ligero

El Anaconda definitivo estará fabricado con 100 toneladas de caucho, por lo que será excepcionalmente ligero en relación con el nivel de potencia que generará. Según sus creadores, este aparato no se parece a ninguna otra estructura marina.

Comparte, eso sí, algunas características con el Pelamis Wave Energy Converter, que desarrollado por la compañía escocesa Pelamis Wave Power, supuso la primera máquina a escala comercial del mundo generadora de electricidad a partir de la energía de las olas. En 2004 se instaló con éxito el primer prototipo del Pelamis en el European Marine Energy Centre de Orkney (Escocia).

Según los científicos, a pesar de estas características comunes entre el Pelamis y el Anaconda, este último sería mucho más adaptable, poseería mayor autonomía, y no seguiría necesariamente el movimiento de la superficie del agua.

Antes de que llegue a estar en pleno funcionamiento, hay planeados aún tres tipos de experimentos para obtener mediciones de las presiones internas, de los desplazamientos del tubo o de las fuerzas de amarre, entre otros factores. Los resultados aportarán nuevos conocimientos sobre los mecanismos del dispositivo

El océano como fuente energética

El modelo, señaló uno de los científicos del proyecto, el profesor de la Universidad de Southampton, John Chaplin, será más ligero y barato que otros diseños para la explotación energética de las olas. Por otro lado, su flexiblidad permitirá que tenga mayores posibilidades de supervivencia a las condiciones climáticas severas y a las grandes olas.

Este proyecto se engloba en otros que intentan sacar partido al océano como fuente energética. Y es que del mar se puede obtener energía de tres formas distintas: a partir de las mareas, de las olas o de los gradientes de temperatura.

En este último caso, se aprovecha la diferencia de temperatura entre el agua del fondo y de la superficie marina. En algunos proyectos se ha usado el agua caliente de la superficie para poner amoniaco en ebullición, y luego el agua fría del fondo para refrigerar este amoniaco y devolverlo al estado líquido. En este ciclo, el amoniaco pasa por una turbina generando electricidad.

En general, cada vez es mayor el interés por el mar como fuente de energía. Diversos proyectos han intentado en los últimos años hacer más eficientes los recursos tecnológicos hidráulicos de generación de energía, imprescindibles en el actual contexto medioambiental y de la creciente demanda energética.

Fotosíntesis artificial con nanotubos de carbono

Los vegetales acaban de perder su condición de ser los únicos capaces de llevar a cabo el proceso fundamental para la vida conocido como fotosíntesis. Un grupo de científicos chinos están trabajando en un proyecto que, mediante la utilización de los ubicuos nanotubos de carbono, imitan este proceso propio de las plantas.

La fotosíntesis es la base de la vida en nuestro planeta. Se trata de un proceso que permite a las plantas, algas y (algunas) bacterias, mediante la energía obtenida de la luz para, transformar materia inorgánica en materia orgánica. En su mayoría, las plantas toman el CO2 atmosférico, y mediante la fotosíntesis, llevan a cabo reacciones químicas de la que obtienen nutrientes y elementos indispensables para su crecimiento, a la vez que liberan oxigeno a la atmósfera.

De hecho, el contenido de oxígeno de la atmósfera actual se debe a la actividad de los organismos capaces de efectuar el proceso de fotosíntesis. Sin embargo, este proceso podría dejar de ser una exclusividad propia de algunos seres vivos. Científicos pertenecientes a la Hebei Normal University of Science and Technology, de China, se encuentran desarrollando un proyecto que podría revolucionar la ecología.

Los científicos en cuestión están analizando y ensayando el uso de un método que emplea los cada vez más comunes nanotubos de carbono para producir fotosíntesis artificial. No es un proyecto banal: nuestros problemas de calentamiento global debidos al aumento del dióxido de carbono en el aire podrían desaparecer si somos capaces de poner en marcha a gran escala y en forma segura un proyecto como éste.

Por el momento, el grupo de científicos está en pleno trabajo, dando forma al nuevo proceso. Lo que ha descubierto Xian-Fu Zhang, jefe del proyecto, y su equipo, es que los nanotubos de carbono pueden “atrapar” fotones de una forma similar a la que se produce en los vegetales fotosintéticos. Una serie de reacciones, demasiado complejas para reproducir aquí, permite utilizar esta energía proveniente de la luz para convertir el CO2 en carbohidratos.

Además de los carbohidratos, el proceso produce hidrógeno y oxigeno. Este hidrógeno podría finalmente volver populares a los coches que utilizan este tipo de motor ecológico, sin necesidad de recurrir a la electricidad (a menudo obtenida mediante la quema de combustibles fósiles) para su producción. De hecho, las cantidades de gas generadas bastarían para crear la llamada “economía de hidrógeno”, una tendencia que reemplazaría definitivamente los combustibles fósiles utilizados los coches y demás motores de combustión.

Científicos de otras universidades, como James Barber, de Londres, han confirmado que lo expuesto por Xian-Fu Zhang y sus colegas es correcto, y que la técnica podría utilizarse dentro de pocos años.

Fuente

Microbios productores de biocombustibles

¿Pueden ser los microorganismos la solución a los problemas energéticos? Antes de que los seres pluricelulares aparecieran sobre la Tierra los microorganismos reinaron sobre este planeta durante miles de millones de años. Más tarde, y durante millones de años, estos organismos, junto con otros que formaban el plancton marino, dieron lugar al petróleo que ahora consumimos. 

Ese petróleo ha constituido la fuente de energía barata sobre la que se ha asentado el desarrollo industrial y tecnológico del último siglo y lo estamos agotando a un ritmo muy rápido. Las reservas de petróleo son cada día más escasas y más caras de explotar y necesitamos, por tanto, nuevas fuentes de energía.

Ahora algunos investigadores se fijan en los microorganismos como fuente de energía. Tienen la habilidad de vivir a partir de diferentes fuentes de alimentos y de producir diferentes subproductos susceptibles de ser explotados energéticamente.

Recientemente ha habido muchos resultados en este sentido. Algunos, por ejemplo, se basan en el uso de algas para la producción de un sucedáneo del petróleo.

Aunque todo esto no es nuevo, cuando fermentamos un producto azucarado para producir alcohol ya estamos usando levaduras para producir de bioetanol. Pero la eficacia de estos métodos tradicionales está en entredicho y hace falta más investigación al respecto, sin contar con los posibles problemas ecológicos que pueda acarrear su producción.

Investigadores de Biodesign Institute han publicado en Nature Reviews Microbiology un artículo sobre los pasos que se podrían dar al respecto. Según ellos las bacterias y arqueas son la mejor esperanza para producir energía de forma renovable en grandes cantidades de tal modo que no compita con la producción de alimentos o se destruya en medio ambiente.

Hay dos aproximaciones al problema. Una consiste en usar microbios para convertir biomasa en combustible. Para esta vía hay diferentes clases de microorganismos que pueden hacer esto en ausencia de oxígeno y que producen metano, hidrógeno o directamente electricidad.

La segunda aproximación consiste en usar algas o bacterias que capturan la luz del sol y la transforman en energía produciendo biomasa.

Estas dos líneas de investigación se podrían beneficiar de los recientes avances en genética y técnicas de biología molecular para incrementar el rendimiento.

Las bacterias cuentan además con una gran diversidad genética y de especies que puede ser explotada. Hasta ahora se dispone de 75 genomas secuenciados de microorganismos susceptibles de ser utilizados para esta tarea y que están a disposición de la comunidad científica. Este conjunto incluye 21 genomas de arqueas metanógenas (productoras de metano), 24 de bacterias productoras de hidrógeno o electricidad y 30 genomas de cianobacterias fotosintéticas susceptibles de producir biodiesel. Se espera secuenciar muchos más genomas en el próximo futuro.

Un ejemplo puede ser Synechocystis sp, que es una bacteria fotosintética cuyo genoma fue publicado en 1995. Tiene la particularidad de cargar su membrana celular con grandes cantidades de lípidos que le harían una buena candidata para la producción de biodiesel. Esta institución trabaja ahora junto a la petrolera BP en el desarrollo de estas tecnologías.

Pero en esta carrera por conseguir biocombustibles realmente alternativos y rentables hay muchos jugadores. En Virginia Tech están investigando con un microorganismo procedente de una región volcánica para producir hidrógeno, en lo que puede ser un buen ejemplo del tipo de investigación que se viene haciendo durante los últimos tiempos. Esta arquea termófila metaboliza la celulosa produciendo hidrógeno en el proceso. El hidrógeno puede ser empleado más tarde como combustible o para producir electricidad de manera sencilla.

Encontraron esta arquea (Desulfurococcus fermentans) en la caldera Uzon de la península Kamchatka, que se encuentra en una remota región de Siberia. Vive de la degradación de los restos vegetales a alta temperatura (80 - 82 grados centígrados) que caen en la caldera volcánica. El hidrógeno bloquea el crecimiento de la mayoría de las especies de arqueas, pero no en este caso. Los investigadores no saben todavía por qué.

La habilidad de efectuar este trabajo a alta temperatura es una gran ventaja, pues en un reactor industrial la alta temperatura impediría en crecimiento de otras bacterias indeseables que lo pudieran contaminar.

Ahora los científicos involucrados en el descubrimiento pretender secuenciar el genoma de esta arquea. En esta investigación está también implicado el Joint Genome Institute que depende del departamento de Energía de EEUU.

Todavía no sabemos cómo terminará esta carrera en pos de la perfecta producción de bioenergía, pero parece prometedor. De momento es solamente materia de investigación y habrá que esperar para ver las aplicaciones industriales.

Energía alternativa

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Una energía alternativa, o más precisamente una fuente de energía alternativa es aquella que puede suplir a las energías o fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante, o fundamentalmente por su posibilidad de renovación.

El consumo de energía es uno de los grandes medidores del progreso y bienestar de una sociedad. El concepto de "crisis energética" aparece cuando las fuentes de energía de las que se abastece la sociedad se agotan. Un modelo económico como el actual, cuyo funcionamiento depende de un continuo crecimiento, exige también una demanda igualmente creciente de energía. Puesto que las fuentes de energía fósil y nuclear son finitas, es inevitable que en un determinado momento la demanda no pueda ser abastecida y todo el sistema colapse, salvo que se descubran y desarrollen otros nuevos métodos para obtener dicha energía. Estas son las energías alternativas.

En la actualidad se siguen buscando soluciones para resolver esta crisis inminente. Las energías renovables en las que se trabaja actualmente son:

• La energía eólica que es la energía cinética o de movimiento que contiene el viento, y que se capta por medio de aerogeneradores o molinos de viento.

• La energía hidráulica, consistente en la captación de la energía potencial de los saltos de agua, y que se realiza en centrales hidroeléctricas.

• La energía oceánica o mareomotriz, que se obtiene bien de las mareas (de forma análoga a la hidroeléctrica), o bien a través de la energía de las olas.

• La energía solar recolectada de forma directa en forma de calor a alta temperatura en centrales solares de distintas tipologías, o a baja temperatura mediante paneles térmicos domésticos, o bien en forma de electricidad mediante el efecto fotoeléctrico mediante paneles foto voltaicos.

• La energía geotérmica producida al aprovechar el calor del subsuelo en las zonas donde ello es posible.

• La biomasa por descomposición de residuos orgánicos o bien por su quema directa como combustible.

La discusión energía alternativa/convencional no es una mera clasificación de las fuentes de energía, sino que representa un cambio que necesariamente tendrá que producirse durante este siglo. Es importante reseñar que las energías alternativas, aun siendo renovables, también son finitas, y como cualquier otro recurso natural tendrán un límite máximo de explotación, por tanto incluso aunque podamos realizar la transición a estas nuevas energías de forma suave y gradual, tampoco van a permitir continuar con este modelo económico basado en el crecimiento perpetuo. Es por ello por lo que surge el concepto del Desarrollo sostenible.

Dicho modelo se basa en las siguientes premisas:

• El uso de fuentes de energía renovable, ya que las fuentes fósiles actualmente explotadas terminarán agotándose, según los pronósticos actuales, en el transcurso de este siglo XXI.
• El uso de fuentes limpias, abandonando los procesos de combustión convencionales y la fisión nuclear.
• La explotación extensiva de las fuentes de energía, proponiéndose como alternativa el fomento del auto consumo, que evite en la medida de lo posible la construcción de grandes infraestructuras de generación y distribución de energía eléctrica.
• La disminución de la demanda energética, mediante la mejora del rendimiento de los dispositivos eléctricos (electrodomésticos, lámparas, etc.)
• Reducir o eliminar el consumo energético innecesario. No se trata sólo de consumir más eficientemente, sino de consumir menos, es decir, desarrollar una conciencia y una cultura del ahorro energético y condena del despilfarro.

La producción de energías limpias, alternativas y renovables no es por tanto una cultura o un intento de mejorar el medio ambiente, sino una necesidad a la que el ser humano se va a ver abocado, independientemente de nuestra opinión, gustos o creencias.

Fusión Nuclear

La fusión nuclear, está actualmente en líneas de investigación, debido a que todavía hoy no es un proceso viable, ya que se invierte más energía en el proceso para que se produzca la fusión, que la energía obtenida mediante este método.

La fusión, es un proceso natural en estrellas, produciéndose reacciones nucleares por fusión debido a la elevadísima temperatura de estas estrellas, que están compuestas principalmente por Hidrógeno y Helio. El hidrógeno, en condiciones normales de temperatura, se repele entre sí cuando intentas unirlo (fusionarlo) a otro átomo de hidrógeno, debido a su repulsión electrostática. Para vencer esta repulsión electrostática, el átomo de hidrógeno debe chocar violentamente contra otro átomo de hidrógeno, fusionándose, y dando lugar a Helio, que no es fusionable. La diferencia de masa entre el átomo obtenido y el original es mayor que en la fisión, liberándose así una gran cantidad de energía (muchísimo mayores que en la fisión). Estos choques violentos, se consiguen con una elevada temperatura, que excita los átomos de hidrógeno, y se mueven muy rápidamente, chocando unos contra otros.

La primera reacción de fusión realizada por el ser humano, tuvo origen militar, con una bomba termonuclear (o también llamada bomba-H o de Hidrógeno), que para obtener la temperatura adecuada (casi la del Sol, unos 20 millones de grados centígrados), se utilizó una bomba atómica. Esta bomba termonuclear libera grandes cantidades de energía. Las bombas termonucleares actuales, alcanzan los 60 megatones (equivalente a 60 millones de toneladas de explosivo TNT), lo cual puede arrasar todo lo que haya en un radio de 40 ó 50 Kilómetros a la redonda, eso si incluir la radiación electromagnética y la onda expansiva, así como la lluvia ácida.

Fisión Nuclear

Es el utilizado actualmente en las centrales nucleares. Cuando un átomo pesado (como por ejemplo el Uranio o el Plutonio) se divide o rompe en dos átomos más ligeros, la suma de las masas de estos últimos átomos obtenidos, más la de los neutrones desprendidos es menor que la masa del átomo original, luego se verifica la fórmula de Albert Einstein E=MC², con lo que se desprende Energía. Para romper un átomo, se emplea un neutrón (ya que es neutro eléctricamente, y no es desviado de su trayectoria), que se lanza contra el átomo a romper, por ejemplo, Uranio. Al chocar el neutrón, el átomo de Uranio-235 se convierte en Uranio-236 durante un brevísimo espacio de tiempo, pues tiene un neutrón más que es el que ha chocado con él, siendo este último átomo sumamente inestable, dividiéndose en dos átomos diferentes y más ligeros que el Uranio-236 (por ejemplo Kriptón y Bario; o Xenon y Estroncio), desprendiendo 2 ó 3 neutrones (los neutrones desprendidos, dependen de los átomos obtenidos, nosotros tomamos como ejemplo 3 neutrones, pero puede que solo se desprendan 2. En caso de obtener Bario y Kriptón, se desprenden 3 neutrones; mientras que si se obtiene Xenon y estroncio, solo se liberan 2 neutrones), y liberando energía. Estos 3 neutrones, vuelven a chocar con otros 3 átomos de Uranio-235, liberando en total 9 neutrones, energía y otros dos átomos más ligeros, y así sucesivamente, generando de esta forma una reacción en cadena. Como se puede comprobar, en cada reacción sucesiva, se rompen 3^n-1 átomos, donde n es 1º, 2º, 3º, 4º, ., reacción. De esta forma, donde más energía se libera es al final, ya que se rompen gran cantidad de átomos, según la relación 3^n-1, liberándose gran cantidad de energía.

En las centrales nucleares, el proceso que se controla es el final, ya que en ellas, se genera energía de forma lenta, pues de lo contrario el reactor se convertiría en una bomba atómica, debido a que la mayor parte de la energía se libera al final, como hemos expuesto anteriormente.
Las barras de Uranio enriquecido al 4% con Uranio-235, (recordamos que el Uranio natural es el U-238, y el que es fisionable es el U-235, que es un 0.71% del Uranio que se encuentra en la naturaleza, de ahí que solo un pequeño porcentaje del Uranio se aproveche y se requieran grandes cantidades de este para obtener una cantidad significativa de U-235. El U-238 no es fisionable, ya que es un átomo estable, y al romperlo, no habría diferencia de masa, y no se obtendría energía, cosa que con el U-235 sí se obtiene, al ser inestable.) se introducen en el reactor, y comienza un proceso de fisión. En el proceso, se desprende energía en forma de calor. Este calor, calienta unas tuberías de agua, y esta se convierte en vapor, que pasa por unas turbinas, haciéndolas girar. Estas a su vez, giran un generador eléctrico de una determinada potencia, generando así electricidad, al igual que con una dínamo de bicicleta, solo que estas turbinas y el generador, son muy grandes. Lógicamente, no se aprovecha toda la energía obtenida en la fisión, y se pierde parte de ella en calor, resistencia de los conductores, vaporización del agua, etc. Los neutrones son controlados para que no explote el reactor mediante unas barras de control (generalmente, de Carburo de Boro), que al introducirse, absorben neutrones, y se disminuye el número de fisiones, con lo cual, dependiendo de cuántas barras de control se introduzcan, se generará más o menos energía. Normalmente, se introducen las barras de tal forma, que solo se produzca un neutrón por reacción de fisión, controlando de esta forma el proceso de fisión. Si todas las barras de control son introducidas, se absorben todos los neutrones, con lo cual se pararía el reactor. El reactor se refrigera, para que no se caliente demasiado, y funda las protecciones, convirtiéndose en una bomba atómica, incluso cuando este esté parado, ya que la radiación hace que el reactor permanezca caliente.

El efecto fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es un fenómeno muy popular en física, especialmente porque fue gracias al cual Einstein ganó el premio Nobel de física en 1921 (y no por la teoría de la relatividad, como muchos piensan.) Se trata de una de las formas en las que la luz interactúa con la materia; en particular, cuando incide un haz sobre un metal, algunos electrones son emitidos con diferentes energías. El fenómeno ya había sido observado en 1839 por Becquerel, pero no fue hasta fines del siglo XIX y los primeros años del XX que se comenzó a estudiar en profundidad.

Un metal puede ser pensado como una serie de núcleos que tienen electrones a su alrededor. Los electrones que estén más lejos del núcleo se podrán mover prácticamente libremente; estos son los electrones que transmiten la corriente eléctrica, por ejemplo. Sin embargo a estos electrones les falta un poco de energía para poder salir del metal y esta energía puede ser provista por un rayo de luz. La peculiaridad de los experimentos que se realizaron a fines de 1800 es que no respondían a las predicciones teóricas y no había forma de salvar estas contradicciones; fue este simple experimento el que desató, años más tarde el Clásica Vs. Cuántica, con Einstein como uno de sus propulsores.

La luz puede ser pensada como una onda que se propaga, al igual que el movimiento de la superficie del agua luego de arrojar una piedra sobre ella. Este movimiento tendrá dos características fundamentales: la amplitud y la frecuencia; es decir que tan alta es la onda y que tan seguido se producen. En el caso de la luz, la amplitud determina lo que se llama Intensidad. Clásicamente lo que se pensaba era que las ondas podían entregar energía a los electrones del metal paulatinamente, hasta que alcanzaran el nivel suficiente para ser desprendidos de la superficie. Esto quiere decir que cuanto más intensa fuera la luz, los electrones arrancados deberían poseer más energía (deberían haber recibido más energía del rayo luminoso.) Sin embargo experimentalmente se observó que la energía de los electrones eyectados del metal era independiente de la intensidad de la luz que recibían, pero que variaba con la frecuencia.

En este momento es cuando entra en juego la teoría de Planck de radiación de cuerpo negro. Planck había propuesto que la energía de una onda no dependía de su amplitud, sino más bien de su frecuencia y que era directamente proporcional una con otra. Einstein tomó este hecho y elaboró su teoría encima de él. Lo que propuso fue que la luz que llegaba al metal, tenía una dada energía, que dependía de su frecuencia (equivalentemente de su color, o longitud de onda), que le podía entregar TODA su energía a los electrones, pero no una parte, y que el electrón no podía acumular esa energía que recibía: o era liberado o no pasaba nada. De esa forma fue que surgió la cuantización de la energía y de las ondas de luz: se puede pensar que la luz son pequeños paquetes (fotones) que al impactar contra un electrón le ceden o toda su energía o nada. Si esa energía fue suficiente para el electrón escapar del metal, podrá ser detectado, más aún, la energía con la que saldrá es directamente proporcional a la frecuencia de la onda que incidió. Además se observa que la intensidad de la luz, sólo contribuye al número de electrones que son liberados por segundo, pero no a su energía.

Fue por este trabajo que Albert Einstein ganó el premio Nobel de física en 1921; muchos suelen cometer el error de pensar que la Relatividad fue la teoría que le valió el premio. También se suele pensar de Einstein como un científico completamente opuesto a la mecánica cuántica y a la probabilidad (basta recordar la frase “Dios no juega a los dados”) mientras que, por este y otros trabajos, se lo puede considerar como uno de los padres fundadores de la cuántica. También cabe destacar el gran paso intelectual que dio Planck, científico que en general queda relegado al momento de la divulgación, al estudiar la radiación de cuerpo negro y su interpretación.

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