Innovaciones en energía, que podrían transformar el futuro

Innovaciones en energía, que podrían transformar el futuro

Para la mayoría de las personas, una granja solar o una planta geotérmica es una fuente importante de energía limpia. Los científicos e ingenieros ven eso además de mucho más potencial.

Imaginan turbinas eólicas en alta mar que capturan y almacenan carbono debajo del mar, y plantas geotérmicas que producen metales esenciales para impulsar vehículos eléctricos. Las baterías de los vehículos eléctricos también se pueden transformar para dar energía a los hogares, ahorrando dinero a sus propietarios y también reduciendo las emisiones del transporte.

Con científicos de todo el mundo haciendo sonar la alarma sobre los crecientes peligros y costos del cambio climático, exploremos algunas ideas de vanguardia que podrían transformar la forma en que las tecnologías actuales reducen los efectos del calentamiento global, de cinco artículos recientes en The Conversation.

1. Canales solares: energía + protección del agua

¿Qué pasaría si los paneles solares hicieran una doble función, protegiendo los suministros de agua mientras producían más energía?

California está desarrollando los primeros canales solares de los Estados Unidos, con paneles solares construidos sobre algunos de los canales de distribución de agua del estado. Estos canales recorren miles de kilómetros a través de ambientes áridos, donde el aire seco aumenta la evaporación en un estado frecuentemente afectado por la escasez de agua.

“En un estudio de 2021, demostramos que cubrir las 4,000 millas de los canales de California con paneles solares ahorraría más de 65 mil millones de galones de agua al año al reducir la evaporación.

Eso es suficiente para regar 50,000 acres de tierras de cultivo o satisfacer las necesidades residenciales de agua de más de 2 millones de personas”, escribe el profesor de ingeniería Roger Bales de la Universidad de California, Merced. También expandirían la energía renovable sin ocupar tierras cultivablesLas investigaciones muestran  que las actividades humanas, en particular el uso de combustibles fósiles para la energía y el transporte, están  calentando inequívocamente el planeta  y aumentando los fenómenos meteorológicos extremos. El aumento de la energía renovable, actualmente alrededor  del 20% de la generación de electricidad a gran escala de EE.UU, puede reducir la demanda de combustibles fósiles.

Poner paneles solares sobre agua a la sombra también puede mejorar su potencia de salida. El agua más fría reduce la temperatura de los paneles en unos 5,5 grados centígrados (10 grados Fahrenheit), lo que aumenta su eficiencia, escribe Bales.

2. La energía geotérmica podría aumentar el suministro de baterías

Para que la energía renovable reduzca drásticamente las emisiones globales de gases de efecto invernadero, los edificios y los vehículos deben poder utilizarla. Las baterías son esenciales, pero la industria tiene un problema de cadena de suministro.

La mayoría de las baterías utilizadas en los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía a gran escala son baterías de iones de litio, y la mayor parte del litio utilizado en los EE.UU proviene de Argentina, Chile, China y Rusia. China es el líder en el procesamiento de litio.

Geólogos e ingenieros están trabajando en un método innovador que podría impulsar el suministro de litio de EE. UU. en el país al extraer litio de salmueras geotérmicas en la región del Mar Salton de California.

Las salmueras son los restos líquidos en una planta geotérmica después de que el calor y el vapor se utilizan para producir energía. Ese líquido contiene litio y otros metales como manganeso, zinc y boro. Normalmente, se bombea bajo tierra, pero los metales también se pueden filtrar.

“Si los proyectos de prueba ahora en curso demuestran que el litio de grado de batería se puede extraer de estas salmueras de manera rentable, solo 11 plantas geotérmicas existentes a lo largo del Mar de Salton podrían tener el potencial de producir suficiente metal de litio para satisfacer aproximadamente 10 veces la demanda actual de EE. UU.” escriben el geólogo Michael McKibben de la Universidad de California, Riverside, y el estudioso de políticas energéticas Bryant Jones de la Universidad Estatal de Boise.

El presidente Joe Biden invocó la Ley de Producción de Defensa el 31 de marzo de 2022 para brindar incentivos a las empresas estadounidenses para extraer y procesar minerales más críticos para las baterías.

3. Hidrógeno verde y otras ideas de almacenamiento

Los científicos también están trabajando en otras formas de impulsar la cadena de suministro de minerales de las baterías, incluido el reciclaje de litio y cobalto de baterías viejas. También están desarrollando diseños con otros materiales , explicó Kerry Rippy , investigadora del Laboratorio Nacional de Energía Renovable.

La energía solar concentrada, por ejemplo, almacena energía del sol calentando sal fundida y usándola para producir vapor para impulsar generadores eléctricos, de forma similar a como una planta de energía de carbón generaría electricidad. Sin embargo, es costoso y las sales que se usan actualmente no son estables a temperaturas más altas, escribe Rippy. El Departamento de Energía está financiando un proyecto similar que está experimentando con arena calentada.

Los combustibles renovables, como el hidrógeno verde y el amoníaco, proporcionan un tipo diferente de almacenamiento. Dado que almacenan energía en forma líquida, pueden transportarse y usarse para transporte marítimo o combustible para cohetes.

El hidrógeno recibe mucha atención, pero no todo el hidrógeno es verde. La mayor parte del hidrógeno que se usa hoy en día se produce con gas natural, un combustible fósil. El hidrógeno verde, por el contrario, podría producirse utilizando energía renovable para impulsar la electrólisis, que divide las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno, pero nuevamente, es costoso.

“El desafío clave es optimizar el proceso para que sea eficiente y económico”, escribe Rippy. “La recompensa potencial es enorme: energía inagotable y completamente renovable”.

4. Usando su EV para alimentar su hogar

Las baterías también podrían convertir pronto su vehículo eléctrico en una batería móvil gigante capaz de alimentar su hogar.

Actualmente, solo unos pocos vehículos están diseñados para la carga del vehículo al hogar, o V2H, pero eso está cambiando, escribe el economista de energía Seth Blumsack de la Universidad Estatal de Pensilvania. Ford, por ejemplo, dice que su nueva camioneta F-150 Lightning podrá alimentar una casa promedio durante tres días con una sola carga.

Blumsack explora los desafíos técnicos a medida que crece V2H y su potencial para cambiar la forma en que las personas administran el uso de energía y cómo las empresas de servicios públicos almacenan energía .

Por ejemplo, escribe, “algunos propietarios podrían esperar usar su vehículo para lo que los planificadores de servicios públicos llaman ‘afeitado de picos’: obtener energía doméstica de su EV durante el día en lugar de depender de la red, reduciendo así sus compras de electricidad durante las horas de mayor demanda”

5. Capturar el carbono del aire y encerrarlo

Otra tecnología emergente es más controvertida.

Los seres humanos han puesto tanto dióxido de carbono en la atmósfera durante los últimos dos siglos que simplemente detener el uso de combustibles fósiles no será suficiente para estabilizar rápidamente el clima. La mayoría de los escenarios, incluidos los informes recientes del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático , muestran que el mundo también tendrá que eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera.

La tecnología para capturar dióxido de carbono del aire existe, se llama captura directa de aire , pero es costosa.

Ingenieros y geofísicos como David Goldberg de la Universidad de Columbia están explorando formas de reducir esos costos mediante la combinación de tecnología de captura directa de aire con producción de energía renovable y almacenamiento de carbono, como turbinas eólicas marinas construidas sobre formaciones rocosas submarinas donde el carbono capturado podría quedar encerrado.

La planta de captura de aire directo más grande del mundo, lanzada en 2021 en Islandia, utiliza energía geotérmica para alimentar sus equipos. El dióxido de carbono capturado se mezcla con agua y se bombea a formaciones volcánicas de basalto bajo tierra. Las reacciones químicas con el basalto lo convierten en un carbonato duro.

Goldberg, quien ayudó a desarrollar el proceso de mineralización utilizado en Islandia, ve un potencial similar para los futuros parques eólicos marinos de EE.UU. Las turbinas eólicas a menudo producen más energía de la que sus clientes necesitan en un momento dado, lo que hace que el exceso de energía esté disponible.

“Construidas juntas, estas tecnologías podrían reducir los costos de energía de la captura de carbono y minimizar la necesidad de tuberías en tierra, reduciendo los impactos en el medio ambiente”, escribe Goldberg.

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