En simulaciones de alto flujo de escape, alcanzó hasta 56 W en vehículos y 146 W en helicópteros, equivalentes a la energía de varias baterías de iones de litio.
Transformando los gases de escape de automóviles y helicópteros en energía termoeléctrica
Los motores de combustión interna, presentes en la mayoría de los automóviles impulsados por gasolina, solo aprovechan una cuarta parte de la energía potencial del combustible, mientras que el resto se disipa en forma de calor a través del sistema de escape. Un estudio publicado en ACS Applied Materials & Interfaces ha demostrado la posibilidad de convertir este calor residual en electricidad. Los investigadores han desarrollado un prototipo de generador termoeléctrico que podría reducir el consumo de combustible y las emisiones de dióxido de carbono (CO₂), representando una innovación clave para la sostenibilidad energética en el contexto actual de transición ecológica.
El problema de la ineficiencia energética y la solución termoeléctrica
La ineficiencia de los motores de combustión es un factor significativo en la emisión de gases de efecto invernadero y subraya la necesidad de desarrollar sistemas de recuperación de calor. En este contexto, los sistemas termoeléctricos emplean materiales semiconductores para convertir diferencias de temperatura en electricidad. Sin embargo, los diseños existentes presentan limitaciones como el peso excesivo y la necesidad de sistemas de refrigeración adicionales, lo que dificulta su aplicación en vehículos de alta velocidad.
Para abordar estos desafíos, un equipo de investigadores liderado por Wenjie Li y Bed Poudel ha desarrollado un sistema compacto de generador termoeléctrico capaz de convertir eficazmente el calor residual del escape de vehículos como automóviles, helicópteros y aeronaves no tripuladas en energía eléctrica.
Un diseño innovador para la recuperación de energía
El nuevo generador termoeléctrico desarrollado por los investigadores utiliza un semiconductor de telururo de bismuto y un intercambiador de calor, similar a los empleados en sistemas de aire acondicionado, para capturar el calor proveniente de los gases de escape. Además, el sistema incorpora un disipador térmico, cuya función es aumentar significativamente la diferencia de temperatura entre los extremos del material semiconductor, lo que incrementa la generación de electricidad.
Las pruebas del prototipo arrojaron una potencia de salida de 40 vatios (W), suficiente para alimentar una bombilla de bajo consumo. Además, los resultados indican que condiciones de alto flujo de aire, como las presentes en los sistemas de escape de los vehículos, mejoran la eficiencia del sistema, aumentando su generación eléctrica.
Resultados prometedores y aplicaciones futuras
En simulaciones que emularon entornos de alta velocidad, el sistema termoeléctrico demostró una gran versatilidad. Dependiendo de la velocidad de escape, el sistema generó hasta 56 W en condiciones similares a las de un automóvil y 146 W en condiciones similares a las de un helicóptero, lo que equivale a la energía almacenada en cinco y doce baterías de iones de litio tipo 18650, respectivamente.
Uno de los aspectos más relevantes del diseño es su capacidad de integración con los sistemas de escape existentes, sin necesidad de modificaciones estructurales ni sistemas de refrigeración adicionales. Esto abre la posibilidad de aplicación en una variedad de vehículos, desde automóviles particulares hasta aeronaves de alta velocidad, contribuyendo a la reducción de emisiones contaminantes y al aprovechamiento de energía residual.
Un paso más hacia la transición energética
El desarrollo de tecnologías que permitan el aprovechamiento de energía residual es crucial en el marco de la transición hacia fuentes de energía más sostenibles y eficientes. La aplicación de generadores termoeléctricos en el sector del transporte no solo representa una estrategia viable para reducir el impacto ambiental de los combustibles fósiles, sino que también podría mejorar la eficiencia de los motores de combustión y disminuir la dependencia de fuentes energéticas convencionales.
Los investigadores enfatizan que su trabajo podría sentar las bases para la integración masiva de dispositivos termoeléctricos en vehículos de alta velocidad, una solución que podría jugar un papel clave en la descarbonización del sector del transporte.
Financiamiento y respaldo
El estudio ha sido financiado por el Army Rapid Innovation Fund Program, el National Science Foundation Industry-University Cooperative Research Centers Program a través del Center for Energy Harvesting Materials and Systems, y la Office of Naval Research. Estos fondos reflejan el creciente interés en el desarrollo de tecnologías innovadoras para la eficiencia energética y la reducción de emisiones en el sector automotriz y aeroespacial.
Vía www.acs.org
