November 29, 2021

Un mecanismo simple pero ingenioso puede dar un impulso a la energía de las olas.

EN UN MUNDO donde la nueva tecnología está dominada por el movimiento de electrones y la manipulación de biomoléculas, es bueno saber que la mecánica pasada de moda a veces también puede ser examinada. Es cierto que el movimiento de electrones también está involucrado en el dispositivo ideado por Wang Zhonglin del Instituto de Nanoenergía de Beijing. Pero su verdadero ingenio radica en una disposición mecánica que hubiera encantado a un relojero del siglo XVIII.

El Dr. Wang, que acaba de publicar una descripción de su dispositivo en ACS Nano, está interesado en utilizar las olas del océano para generar electricidad. Esa no es una idea nueva, pero no ha despegado como lo han hecho las energías eólica y solar. Hay muchas razones para ello. Uno es el ambiente hostil. El agua de mar es químicamente corrosiva y las mismas olas que proporcionan la energía pueden volverse destructivas durante una tormenta. Un segundo es que el servicio y mantenimiento de una pieza de ingeniería flotante es difícil y costoso. Y una tercera es que las olas son incluso más variables como fuentes de energía que el viento o la luz solar.

Estos desafíos significan que la energía eólica y solar han dejado muy atrás la energía de las olas. Pero algunos todavía anhelan cambiar eso, y el Dr. Wang es uno. En particular, su invento aborda el tercer punto: la variabilidad de las ondas como fuente de energía. Como observa, los diseños existentes están optimizados para extraer energía de grandes olas. Pero, aunque tales ondas son poderosas individualmente, las ondas pequeñas colectivamente también transportan mucha energía. Entonces, un generador sensato aprovecharía ambos.

La respuesta del Dr. Wang al problema también es doble. Primero, abandona el enfoque convencional de la generación de electricidad, que consiste en mover una bobina de alambre a través de un campo magnético, en favor de lo que él llama triboelectricidad. El método de bobina e imán requiere que la bobina se mueva rápidamente, lo cual está bien para capturar energía de olas grandes, pero es inútil cuando las olas son pequeñas. La triboelectricidad también puede hacer frente a movimientos más lentos. Es como el truco de la fiesta de frotar un globo en un jersey de lana para generar electricidad estática, excepto que en este caso el globo es un conjunto de tiras de plástico y el jersey es una serie de electrodos de cobre, que conducen la electricidad tan pronto como se genera.

En segundo lugar, utiliza un elegante mecanismo de relojería para regular el proceso. En lugar de tener un solo generador triboeléctrico en cada unidad, hay dos, cada uno girado por una pequeña rueda dentada. Estos engranajes son rotados por uno más grande unido a un péndulo con una paleta en su otro extremo.

Esta paleta se sumerge en el agua sobre la que flota el dispositivo, por lo que se mueve de un lado a otro al pasar las olas, girando el engranaje central mientras se balancea. Eso, a su vez, hace girar los engranajes del generador. Pero no necesariamente ambos, ya que el engranaje central tiene un hueco entre los dientes. Este espacio significa que está conectado continuamente con solo uno de los engranajes del generador, de modo que cuando el oleaje del océano es pequeño, la fuerza transmitida no se disipa al tener que girar demasiada maquinaria. Solo cuando pasa una onda de gran amplitud, el péndulo oscila lo suficiente como para que el engranaje central active el segundo generador, aplicando así la fuerza adicional ahora disponible para aumentar la potencia de salida.

Por lo tanto, esta disposición extrae energía de ondas grandes y pequeñas, aumentando significativamente su potencial. Es cierto que el rendimiento de una sola unidad es minúsculo, porque las unidades en sí son diminutas para los estándares de generación de electricidad. Sin péndulo y paleta, el prototipo del Dr. Wang mide 23 x 11 x 10 cm. Pero imagina una disposición que tapizaría áreas de mar medidas en hectáreas, si no en kilómetros cuadrados, con balsas compuestas por conjuntos de estos dispositivos, tanto como una batería está compuesta por celdas individuales.

Los cálculos posteriores sugieren que esta disposición coincidiría con la salida de otros diseños para generadores de energía undimotriz en áreas donde las olas son predominantemente grandes, mientras que las supera fácilmente en lugares donde son de tamaño variable. Eso ampliaría enormemente la gama de lugares donde se podría considerar la generación de energía de las olas.

Si tal ampliación es factible es una cuestión diferente. El diseño del Dr. Wang no supera los problemas de hostilidad ambiental y facilidad de servicio. Pero su nuevo enfoque ciertamente muestra que los partidarios de la energía de las olas no han perdido su entusiasmo por la refriega.