Categoría: Energías Renovables y Naturales

Según los investigadores, la electricidad del calor subterráneo natural podría ser competitiva en costos con la energía de la red para 2027 utilizando EGS, aunque se necesita atención para abordar los riesgos de terremotos. Históricamente, el acceso a la energía geotérmica ha dependido de los bienes raíces famosos tres factores más importantes: ubicación, ubicación y ubicación. Debido a que las centrales geotérmicas convencionales requieren rocas calientes y permeables y mucho fluido subterráneo, el uso de la tecnología se ha limitado principalmente a lugares con volcanismo reciente, como Japón, Nueva Zelanda, Filipinas, Kenia, El Salvador, Islandia y el oeste de los Estados Unidos. Sin embargo, en los últimos 50 años, las técnicas desarrolladas originalmente para campos petroleros y adaptadas para “sistemas geotérmicos mejorados” (EGS) han ofrecido la promesa de aprovechar las reservas profundas de calor natural en una franja más amplia del planeta. “Hay mucha emoción sobre la energía geotérmica mejorada, dijo” Roland Horne, un profesor de ciencias de la energía e ingeniería en el Escuela de Sostenibilidad Stanford Doerr450 Ingenieros, científicos y gerentes de 28 países a principios de este mes en el 50o Taller Geotérmico de Stanford para intercambiar ideas e informar los resultados de proyectos en todo el mundo. Hasta la fecha, casi todas las aplicaciones de EGS han sido para fines de investigación en plantas únicas a pequeña escala, dijo Horne, quien fue invitado a reunir a un equipo de autores para escribir una documento de revisión para la edición de febrero de 2025 de Nature Reviews Tecnología Limpia acerca de EGS y su potencial para suministrar energía a mayor escala. Milenios después de que los antiguos romanos aprovecharan el calor subterráneo para calentar sus edificios, y más de un siglo después de que Italia iniciara la primera planta de energía geotérmica de la comunidad mundial, Horne y sus coautores señalan que la energía geotérmica hoy en día contribuye hasta el 45% del suministro de electricidad en algunos países, como Kenia. Pero aún contribuye con menos de la mitad del 1% a nivel mundial. La energía solar y eólica contribuyen más de 25 veces más. Con EGS, ahora existe el potencial de que la geotermia comprenda una proporción mucho mayor de las necesidades energéticas de la humanidad. La perforación más rápida reduce los costos Muchas de las técnicas de perforación que permitieron el auge del gas de esquisto de principios de la década de 2000 se han adaptado para hacer que la geotermia funcione en más regiones a un costo menor, dijo Horne. Estas técnicas incluyen la perforación horizontal y la fracturación hidráulica, o fracking, que consiste en bombear fluidos a alta presión en pozos perforados hacia abajo y a través de formaciones rocosas a miles de pies bajo tierra. Las fuerzas de presión abren las fracturas existentes en la roca o crean otras nuevas, facilitando el flujo de petróleo u otros fluidos a la superficie. En sistemas geotérmicos mejorados, el fluido es solo agua caliente de los embalses subterráneos naturales. Otras técnicas adaptadas incluyen la perforación de múltiples pozos desde una sola almohadilla para aumentar la eficiencia y reducir los costos. Las brocas de diamante sintético, que pueden masticar efectivamente roca dura, también han demostrado ser críticas, lo que permite completar un nuevo pozo geotérmico en unas pocas semanas en lugar de meses. “La perforación más rápida hace una enorme diferencia en toda la economía de EGS,” dijo Horne, profesor Thomas Davies Barrow en Stanford, quien también es miembro del consejo asesor científico de una compañía de desarrollo geotérmico mejorada cofundada por Stanford ex alumnos Tim Latimer, MS-MBA ’17, y Jack Norbeck, PhD ’16. Basado en parte en modelado dirigido por un estudiante de doctorado Mohammad Aljubran, Horne y sus coautores en el documento de revisión estiman que las tasas de perforación más rápidas podrían hacer que los sistemas geotérmicos mejorados sean competitivos con los precios promedio de la electricidad en gran parte de los Estados Unidos para 2027, a aproximadamente $80 por megavatio-hora. En California, que actualmente se mueve 5% de su electricidad a partir de la geotermia, los autores estiman que la capacidad geotérmica podría multiplicarse por diez con EGS para alcanzar los 40 gigavatios para 2045 y reemplazar los combustibles fósiles por energía de carga base. De esta manera, EGS complementaría las energías renovables intermitentes de la energía eólica y solar, agregando estabilidad a una red eléctrica descarbonizada. “Con EGS, podemos cumplir con la carga,” dijo Horne, cuyos coautores en el documento de revisión del 31 de enero incluyen Norbeck y el ex alumno Mark McClure, MS ’09, PhD ’12, el cofundador y director ejecutivo de una compañía que comercializa software de modelado de fracturas para compañías de petróleo, gas y EGS. Los coautores adicionales incluyen William Ellsworth, profesor emérito de investigación de geofísica en la Escuela de Sostenibilidad Doerr; Schill Eva, quien dirige el programa de sistemas geotérmicos Lawrence Berkeley National Laboratories; y Albert Genter, subdirector general de geotermia en Electricité de Strasbourg, que está involucrado en el desarrollo comercial de proyectos EGS en Francia. Un enfoque de goteo-goteo-goteo en lugar de una manguera contra incendios puede reducir significativamente el riesgo y el tamaño de la sismicidad inducida.”Roland HorneProfesor de Ciencia e Ingeniería Energética en la Escuela de Sostenibilidad Stanford Doerr Mitigar los riesgos de terremotos Al igual que con el fracking de petróleo y gas, la fractura de rocas profundas para acceder a los embalses geotérmicos puede desencadenar terremotos. Una forma obvia de mitigar el riesgo vuelve a escuchar la ubicación: Simplemente evite perforar en lugares propensos a terremotos. Por ejemplo, construir un sitio encima de la falla de San Andreas que se extiende peligrosamente por California sería una mala noticia, dijo Horne. Un segundo enfoque es monitorear la sismicidad con un sistema conocido como protocolo de semáforo. Si se produce un evento sísmico de cierta magnitud, los operadores ralentizan su perforación. Los eventos sísmicos más grandes se tratan como luces rojas que detienen todas las perforaciones y provocan una revisión antes de un posible reinicio. Una estrategia recientemente desarrollada para limitar la sismicidad, dijo Horne, implica crear muchas fracturas más pequeñas durante la perforación en

Los investigadores han desarrollado un reactor que extrae dióxido de carbono directamente del aire y lo convierte en combustible sostenible, utilizando la luz solar como fuente de energía. Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, dicen que su reactor de energía solar podría usarse para fabricar combustible para alimentar automóviles y aviones, o los muchos productos químicos y farmacéuticos en los que confiamos. También podría usarse para generar combustible en ubicaciones remotas o fuera de la red. Podemos construir una economía circular y sostenible – si tenemos la voluntad política de hacerlo. Erwin Reisner A diferencia de la mayoría de las tecnologías de captura de carbono, el reactor desarrollado por los investigadores de Cambridge no requiere energía basada en combustibles fósiles, o el transporte y almacenamiento de dióxido de carbono, sino que convierte el CO2 atmosférico en algo útil utilizando la luz solar. El resultados se informan en la revista Naturaleza Energía. Carbon Capture and Storage (CCS) ha sido promocionado como una posible solución a la crisis climática, y recientemente ha recibido £22 mil millones en fondos del gobierno del Reino Unido. Sin embargo, la CAC consume mucha energía y existe preocupación sobre la seguridad a largo plazo del almacenamiento de CO2 presurizado en el subsuelo, aunque actualmente se están llevando a cabo estudios de seguridad. “Aparte del gasto y la intensidad energética, CCS proporciona una excusa para seguir quemando combustibles fósiles, que es lo que causó la crisis climática en primer lugar,” dijo el profesor Erwin Reisner, quien dirigió la investigación. “CCS también es un proceso no circular, ya que el CO2 presurizado se almacena, en el mejor de los casos, bajo tierra indefinidamente, donde no sirve para nadie.” “¿Qué pasa si en lugar de bombear el dióxido de carbono bajo tierra, hicimos algo útil a partir de él?” dijo el primer autor, el Dr. Sayan Kar, del Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge, en Cambridge. “CO2 es un gas de efecto invernadero dañino, pero también se puede convertir en productos químicos útiles sin contribuir al calentamiento global.” El enfoque de Grupo de investigación reisnerings es el desarrollo de dispositivos que convierten los residuos, el agua y el aire en combustibles prácticos y productos químicos. Estos dispositivos se inspiran en la fotosíntesis: el proceso por el cual las plantas convierten la luz solar en alimentos. Los dispositivos no usan energía exterior: sin cables, sin baterías – todo lo que necesitan es la energía del sol. El sistema más nuevo del equipo toma CO2 directamente del aire y lo convierte en gas de síntesis: un intermediario clave en la producción de muchos productos químicos y productos farmacéuticos. Los investigadores dicen que su enfoque, que no requiere ningún transporte o almacenamiento, es mucho más fácil de escalar que los dispositivos solares anteriores. El dispositivo, un reactor de flujo alimentado por energía solar, utiliza filtros especializados para tomar CO2 del aire por la noche, como la forma en que una esponja absorbe agua. Cuando sale el sol, la luz solar calienta el CO2 capturado, absorbiendo la radiación infrarroja y un polvo semiconductor absorbe la radiación ultravioleta para iniciar una reacción química que convierte el CO2 capturado en gas de síntesis solar. Un espejo en el reactor concentra la luz solar, haciendo que el proceso sea más eficiente. Los investigadores están trabajando actualmente en la conversión del gas de síntesis solar en combustibles líquidos, que podrían usarse para alimentar automóviles, aviones y más – sin agregar más CO2 a la atmósfera. “Si hiciéramos estos dispositivos a escala, podrían resolver dos problemas a la vez: eliminar el CO2 de la atmósfera y crear una alternativa limpia a los combustibles fósiles,” dijo Kar. “CO2 es visto como un producto de desecho dañino, pero también es una oportunidad.” Los investigadores dicen que una oportunidad particularmente prometedora es en el sector químico y farmacéutico, donde el gas de síntesis se puede convertir en muchos de los productos en los que confiamos todos los días, sin contribuir al cambio climático. Están construyendo una versión a mayor escala del reactor y esperan comenzar las pruebas en la primavera. Si se amplía, los investigadores dicen que su reactor podría usarse de manera descentralizada, de modo que los individuos podrían generar teóricamente su propio combustible, lo que sería útil en ubicaciones remotas o fuera de la red. “En lugar de continuar desenterrando y quemando combustibles fósiles para producir los productos en los que hemos llegado a confiar, podemos obtener todo el CO2 que necesitamos directamente del aire y reutilizarlo,” dijo Reisner. “Podemos construir una economía circular y sostenible – si tenemos la voluntad política de hacerlo.” La tecnología se está comercializando con el apoyo de Cambridge Enterprise, el brazo de comercialización de University University. La investigación fue apoyada en parte por UK Research and Innovation (UKRI), el Consejo Europeo de Investigación, la Real Academia de Ingeniería y el Cambridge Trust. Erwin Reisner es miembro de St Johns College, Cambridge. Universidad de Cambridge News. Traducido al español

Los investigadores del Clúster de Excelencia de e-conversion estudian formas de mejorar la eficiencia y la sostenibilidad de la conversión de energía. Su trabajo se inspira en el principio de la fotosíntesis. Estamos en el año 2040 y en los tejados de los edificios de apartamentos, fábricas y rascacielos brillan los componentes de un sistema revolucionario que capta la luz del sol y extrae dióxido de carbono (CO2 ) de la atmósfera. Los componentes contienen materiales de alta tecnología que generan energía solar y, al mismo tiempo, la ponen a disposición para reacciones químicas. Sin necesidad de baterías de almacenamiento ni otras etapas intermedias, el sistema convierte el dióxido de carbono perjudicial para el clima en combustibles ecológicos como el hidrógeno (H2 ) y productos químicos básicos importantes para la industria. El único subproducto “desecho” del proceso es el oxígeno.  Para acercar esta visión de futuro a la realidad, los investigadores del  Clúster de Excelencia e-conversion  están emulando el principio de la fotosíntesis. Su investigación se centra en el desarrollo de materiales conocidos como fotocatalizadores que tienen las características requeridas y sistemas que funcionan como hojas artificiales.  Comprender y mejorar los catalizadores El sol envía a la Tierra unos 944 millones de teravatios hora de energía cada año. Una pequeña fracción de esa cantidad cubriría todas las necesidades energéticas actuales de nuestro planeta. “En la actualidad, la energía solar se utiliza principalmente para producir energía calentando agua o para generar electricidad en sistemas fotovoltaicos. Ambas formas de producción de energía se pueden utilizar con fines industriales en un segundo paso”, explica el profesor Ian Sharp, científico de materiales de la TUM y coordinador del clúster de excelencia e-conversion. “Pero los fotocatalizadores pueden hacer más que eso: pueden proporcionar energía solar directamente para generar reacciones químicas”. Aunque la fotosíntesis natural es una fuente de inspiración para los investigadores, no pretenden copiarla. Se trata de un proceso muy complejo y, con un factor de conversión de alrededor del 1 por ciento, no es especialmente eficiente. Aunque es suficiente para hacer crecer las plantas, el proceso está muy lejos de lo que se necesitaría para aplicaciones técnicas y comerciales. Por ello, los investigadores buscan materiales y procesos para la producción eficiente y sostenible de sustancias químicas básicas y fuentes de energía. Esto supondría una importante contribución a la transición energética y reduciría drásticamente las necesidades de combustibles fósiles de la industria.  “Para implementar de forma eficiente la fotosíntesis artificial en forma molecular, aún tenemos que superar importantes obstáculos. Los procesos catalíticos desempeñarán un papel decisivo”, afirma Ian Sharp. En estos procesos, las reacciones químicas se aceleran mediante una sustancia (el catalizador) que no se modifica ni se consume.  «El punto central de la conversión electrónica son las interfases, porque es allí donde se encuentran los catalizadores y las moléculas reactivas». En estas interfases hay muchas lagunas de conocimiento que los investigadores quieren colmar. Para ello, desarrollan materiales adecuados y descifran los procesos de catálisis molecular y atómica. Se centran sobre todo en los materiales semiconductores, ya que poseen propiedades ópticas y electrónicas especiales: pueden captar la luz de forma eficiente y utilizar su energía para generar cargas negativas y positivas en el semiconductor. De este modo, la energía de la luz está disponible para las reacciones químicas. Una parte importante de la investigación de Ian Sharp y su equipo se centra en la reducción del CO2 . Si esto tiene éxito, la luz solar podría utilizarse para convertir el dióxido de carbono en moléculas de importancia industrial, como hidrocarburos o alcoholes. Sin embargo, la concentración de CO2 en el aire es baja. «Para que la conversión sea posible mediante catálisis, hemos desarrollado un nanorrecubrimiento a medida», explica el profesor Sharp. «Con este truco aumentamos la concentración de CO2 en la superficie catalítica y hacemos que el gas sea más reactivo». Para convertir el CO2 de forma eficiente en un producto deseado en el siguiente paso, se necesita el material perfecto. Un examen de la lista de criterios para el material muestra que debe ser un verdadero todoterreno: tiene que ser duradero y químicamente estable, pero también capaz de absorber la mayor parte del espectro visible de forma eficiente y convertir la energía en cargas eléctricas. Además, debe ser capaz de catalizar solo la reacción química deseada y no debe contener ningún elemento tóxico.  Utilizando nanoefectos La tabla periódica ofrece una lista interminable de combinaciones. Para acelerar la búsqueda de nuevos materiales, los investigadores utilizan técnicas de cribado de alto rendimiento y emplean inteligencia artificial para evaluar los materiales potenciales. “Además, los cálculos teóricos proporcionan indicaciones clave sobre si determinadas combinaciones de elementos serán estables y mostrarán las características ópticas deseadas”, explica la física Johanna Eichhorn. La catedrática de la Facultad de Ciencias Naturales de la TUM utiliza diversos métodos para crear materiales completamente nuevos en el laboratorio y caracterizar los principios físicos que subyacen a los procesos de conversión de energía. Uno de sus principales intereses de investigación es el rendimiento fotoeléctrico. “Así describimos la eficiencia con la que un material convierte la luz en energía eléctrica y, al mismo tiempo, podemos observar la estabilidad de un material”, explica. Los efectos nanométricos suelen tener un impacto positivo en el rendimiento de un material. Johanna Eichhorn Sin embargo, las características catalíticas de un material también están determinadas en gran medida por su estructura y sus propiedades físicas. “Observamos con atención las estructuras cristalinas y, sobre todo, las zonas que se desvían de los patrones regulares”, explica Johanna Eichhorn. “A menudo, estos son los puntos de acoplamiento de las moléculas y, por tanto, el lugar donde comienzan los procesos catalíticos”. Además, estas irregularidades en la red cristalina influyen en los caminos que siguen los electrones o “huecos” y, en consecuencia, también en las reacciones. Para obtener un perfil del material con la mayor precisión posible, la investigadora utiliza un microscopio de barrido especial para acercarse a las nanoestructuras de las superficies de los semiconductores y trazar un mapa de las diferencias locales. Al mismo tiempo, el dispositivo le permite conocer las características electrónicas en el mismo lugar. “De