Los tsunamis, los huracanes y la meteorología marítima se controlan mediante sensores y otros dispositivos instalados en plataformas oceánicas que contribuyen a la seguridad de las comunidades costeras, hasta que las baterías de estas plataformas se agotan.
Sin energía, los sensores oceánicos no pueden recoger datos críticos sobre las olas y el tiempo, lo que supone un problema de seguridad para las comunidades costeras que dependen de información meteorológica marítima precisa. Además, sustituir las baterías en el mar es caro. ¿Y si todo esto pudiera evitarse alimentando indefinidamente los dispositivos con la energía de las olas del mar?
Los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) están trabajando para que esto se haga realidad con el desarrollo de un nuevo nanogenerador triboeléctrico cilíndrico (TENG), una pequeña central eléctrica que convierte la energía de las olas en electricidad para alimentar dispositivos en el mar.
Las versiones más grandes de este generador podrían utilizarse para alimentar sistemas de observación y comunicaciones oceánicas, incluida la telemetría acústica y por satélite.
“Los TENG son baratos, ligeros y pueden convertir eficazmente olas lentas, uniformes o aleatorias en energía, lo que los hace especialmente adecuados para alimentar dispositivos en mar abierto, donde la vigilancia y el acceso son difíciles y costosos”, explicó Daniel Deng, investigador del PNNL y codesarrollador del nuevo dispositivo TENG.
Deng y su equipo adoptaron un enfoque novedoso para desarrollar TENG cilíndricas que pudieran utilizarse en alta mar. Su nanogenerador triboeléctrico cilíndrico de frecuencia multiplicada (FMC-TENG), pendiente de patente, utiliza imanes cuidadosamente colocados para convertir la energía con más eficacia que otros TENG cilíndricos y transformar mejor las olas lentas y uniformes en electricidad. Hasta ahora, el prototipo de FMC-TENG ha sido capaz de producir electricidad suficiente para alimentar un transmisor acústico, un tipo de sensor que suele incluirse en las plataformas de observación oceánica y que puede utilizarse para comunicaciones. Es aproximadamente la misma cantidad de electricidad que se necesita para alimentar una bombilla LED.
“Estamos desarrollando el FMC-TENG para alimentar desde plataformas de observación oceánica con múltiples sensores hasta comunicaciones por satélite, todo ello utilizando la energía del océano”, explica Deng.
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Piel artificial, imanes y olas como fuente de energía
Si alguna vez ha recibido una descarga de electricidad estática, habrá experimentado personalmente el efecto triboeléctrico, el mismo que los investigadores aprovechan en el FMC-TENG para producir energía. Un TENG cilíndrico se compone de dos cilindros anidados con el cilindro interior girando libremente. Entre los dos cilindros hay tiras de piel artificial, electrodos de aluminio y un material similar al teflón llamado etileno propileno fluorado (FEP). Cuando el TENG rueda por la superficie de una ola oceánica, la piel artificial y los electrodos de aluminio de un cilindro rozan el material FEP del otro cilindro, creando electricidad estática que puede convertirse en energía.
Cuanto más se mueve un TENG cilíndrico, más energía genera. Por eso las olas rápidas y frecuentes pueden generar más energía que las olas más lentas y uniformes del mar abierto.
Para conseguir un TENG que pudiera alimentar aparatos electrónicos en mar abierto, Deng y su equipo se propusieron aumentar la cantidad de energía de las olas convertida en electricidad en el FMC-TENG. La clave estaba en detener temporalmente el movimiento del cilindro interior del FMC-TENG.
En el FMC-TENG, el equipo colocó imanes para impedir que el cilindro interior del dispositivo girara hasta llegar a la cresta de una ola, lo que le permitía acumular cada vez más energía potencial. Al acercarse a la cresta de la ola, los imanes se sueltan y el cilindro interno empieza a rodar muy rápidamente por la ola. El movimiento más rápido produce electricidad de forma más eficiente, generando más energía a partir de una ola más lenta.
Un convertidor de energía de las olas para mar abierto
Actualmente, el prototipo FMC-TENG puede producir energía suficiente para hacer funcionar pequeños componentes electrónicos, como sensores de temperatura y transmisores acústicos. A medida que el equipo perfeccione su diseño para uso comercial, se espera que el FMC-TENG produzca energía suficiente para hacer funcionar toda una plataforma de vigilancia de alta mar compuesta por múltiples sensores y comunicaciones por satélite. Además, el FMC-TENG es ligero y puede utilizarse tanto en dispositivos flotantes como en plataformas amarradas.
“El FMC-TENG es único porque hay muy pocos convertidores de energía de las olas que sean eficientes y capaces de generar una potencia significativa a partir de olas oceánicas de baja frecuencia”, afirma Deng. “Este tipo de generador podría alimentar potencialmente boyas integradas con conjuntos de sensores para rastrear datos de aguas abiertas, viento y clima utilizando por completo energía oceánica renovable”.
Esta investigación fue financiada por la Oficina de Tecnologías de Energía Hidráulica del Departamento de Energía a través del Programa de Semillas y Plántulas de Energía Marina y publicada en la revista Nano Energy. Además de Deng, el equipo de investigación incluía a Hyunjun Jung, Habilou Ouro-Koura, Aljon Salalila y Marsobyn Salalila, del PNNL.
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