Los 'parques eólicos' basados ​​en gotas obtienen energía eólica de baja velocidad – Physics World

Investigadores de China y el Reino Unido han desarrollado una técnica para recolectar energía eólica de baja velocidad utilizando gotas iónicas ancladas. Este enfoque, que aprovecha vientos que son demasiado débiles para impulsar una turbina, podría usarse para alimentar pequeños dispositivos electrónicos.

La energía eólica ha experimentado un crecimiento explosivo en las últimas décadas a medida que el mundo pasa de los combustibles fósiles a fuentes renovables de electricidad. Entre 2001 y 2021, la capacidad mundial estimada de energía eólica aumentó de 24 a 840 gigavatios.

Sin embargo, debido a limitaciones técnicas, todas estas instalaciones requieren que el viento supere una determinada velocidad mínima. La razón de esto es que la potencia producida por una turbina es proporcional al cubo de la velocidad del viento. Por lo tanto, una disminución en la velocidad del viento da como resultado una disminución dramática en la producción de energía, ya que las palas no pueden girar de manera efectiva y la turbina se vuelve poco confiable.

En la práctica, estas restricciones significan que los parques eólicos sólo pueden operar en geografías específicas (ya sea en terrenos abiertos o en alta mar) y necesitan velocidades del viento regulares durante todo el año de al menos 5 metros por segundo para funcionar bien. Desafortunadamente, las geografías que no cumplen con estos criterios (incluidos los bosques y las ciudades, donde los árboles y los edificios obstruyen el flujo del viento) son mucho más abundantes y están más ampliamente distribuidas que sus contrapartes óptimas.

Cosechando el viento

Para abordar esta limitación, un equipo dirigido por el químico inorgánico Shan Peng de la Universidad Hebei de China desarrolló un novedoso sistema capaz de traducir el viento de baja intensidad en electricidad incluso cuando la velocidad del viento cae hasta 0.2 metros por segundo. El enfoque del equipo se basa en estudios previos que muestran que se puede recolectar energía del movimiento de las gotas de lluvia sobre una superficie redistribuyendo la carga alrededor de la interfaz entre la gota y la superficie. La nueva solución, sin embargo, implica gotas de un líquido iónico, cloruro de 3-metil-1-octilimidazolio, que están parcialmente fijadas en su lugar mediante un sustrato especial que lleva una serie de nanocables hechos de un polímero a base de silicona, el polidimetilsiloxano.

A medida que el viento a baja velocidad sopla sobre cada gota anclada, provoca un flujo circulante en su interior que redistribuye la carga superficial a través del líquido. Luego, esta carga superficial se puede aprovechar utilizando un par de electrodos colocados debajo del centro y el borde de la gota. Cuando el viento sopla en diferentes direcciones, el equipo demostró que dentro de las gotas de líquido iónico surgen diferentes patrones de circulación de flujo.

Escribiendo en PNAS, el equipo informa que dicho flujo circulante estratificado dentro de una sola gota puede generar una salida de voltaje de hasta ~0.84 V. Utilizando "parques eólicos" que contienen muchas gotas, el equipo logró aumentar la salida a aproximadamente 60 V. También demostraron que este parque eólico a pequeña escala basado en gotas podría tener aplicaciones prácticas al usarlo para producir suficiente electricidad para alimentar la pantalla de una calculadora de bolsillo.

"Dada la amplia distribución y la fácil accesibilidad de la energía eólica de baja intensidad, estos hallazgos amplían el gran potencial de la energía eólica de baja velocidad, actualmente sin explotar, como recurso energético atractivo para alimentar dispositivos electrónicos, como las pantallas LCD", escriben.

Potencial desaprovechado

Una vez completado su estudio inicial, los investigadores ahora buscan mejorar su diseño de gotas ancladas para ajustar las interacciones intermoleculares entre el líquido iónico y la base de soporte. Esperan que esto mejore la redistribución de aniones y cationes dirigida por el flujo y, por lo tanto, mejore la capacidad del diseño para generar energía.

Impulsando el futuro: energía limpia en cualquier lugar y en cualquier momento a través de materiales de recolección de energía

Según la Patrick James, físico y especialista en energía de la Universidad de Southampton, Reino Unido, que no participó en el presente estudio, es probable que los beneficios del nuevo diseño se limiten a aplicaciones específicas. "Obviamente, se trata de velocidades del viento muy bajas y la velocidad del viento al cubo es la cuestión clave aquí", dice. Mundo de la Física. "El documento habla de una aplicación futura de aplicaciones de muy baja potencia, por lo que creo que una revisión debe ser clara sobre este aspecto".

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/droplet-based-wind-farms-harvest-low-speed-wind-energy/