Vuelven a crear el 'ordenador' más pequeño del mundo

El dispositivo de 0.3 mm de largo, más pequeño que un grano de arroz, podrá tener aplicaciones en investigación y medicina.

Existe la tendencia en tecnología a diseñar dispositivos cada vez más cómodos y accesibles. En poco se parecen los smartphone modernos, herramientas multiusos, a los esperpentos con antena de los 90. Mayor potencia, mejor diseño, menor tamaño. IBM fue un paso más allá y presentó este marzo el ordenador más pequeño del mundo (con medidas de 2x2x4mm); pero un nuevo aspirante ha venido para arrebatarle el título.

La nueva creacion de IBM junto a un grano de arroz

La Universidad de Michigan ha desarrollado un dispositivo una décima parte más pequeño que el de su rival IBM, de tan solo 0.3mm de largo y menor tamaño que un grano de arroz. Este nuevo dispositivo ha generado un debate entre las instituciones y la comunidad tecnológica sobre cuáles son los requisitos mínimos que deben existir para que un dispositivo se considere un ‘ordenador’.

Lo que ocurre con las recientes creaciones de IBM es que, en cuando su potencia cae, pierden todos sus datos y programación, a diferencia de los anteriores modelos en miniatura como el Michigan Micro Mote.

David Blaauw, quien lideró el desarrollo del nuevo sistema, afirma que “es cuestión de opinión si tienen los requisitos de funcionalidad mínimos” para considerarse ordenadores o no.

Desarrollo y propiedades

Además de la RAM y células fotovoltaicas, el dispositivo posee procesadores y transmisores y receptores inalámbricos. Al no poder tener una antena de radio convencional, los datos se reciben y transmiten a través de luz visible proporcionada por una estación base que proporciona potencia para la programación y recibe los datos generados. La luz de la estación base y el LED de transmisión del dispositivo inducen corrientes en los circuitos y alimentan el dispositivo, de embalaje transparente, a baja potencia.

Algunos de los problemas a los que tuvo que enfrentarse el equipo de Blaauw fueron inventar nuevas formas de diseñar el circuito de forma que fuese de baja potencia pero tolerase la luz y alcanzase los niveles de precisión deseados. El cambio de diodos, que pueden actuar como células solares, por condensadores conmutados fue una de las soluciones utilizadas durante el desarrollo.

¿Para qué podría utilizarse?

El dispositivo fue diseñado como un sensor de temperatura de alta precisión que convierte la temperatura en intervalos de tiempo definidos con pulsos eléctricos. Estos se medirían en un chip frente a un intervalo constante de la estación base y se convertirían de nuevo en temperaturas. El diseño de la Universidad de Michigan es capaz de medir temperaturas en regiones tan minúsculas como un grupo de células con un error de 0.1 grados Celsius. Con ellos se buscaba que el dispositivo tuviese aplicaciones directas en oncología.

De acuerdo con la propuesta del Profesor Gary Luker, ingeniero biomédico y colaborador en el proyecto, este ordenador podría ser utilizado para confirmar si las células tumorales poseen temperaturas más altas que los tejidos normales, como apuntan algunos estudios. De confirmarse, la diferencia de temperatura podría utilizarse para evaluar el éxito o fracaso del tratamiento. Además, un ordenador milimétrico podría tener aplicaciones en la diagnosis de glaucoma a través de la presión del ojo, estudios sobre cáncer, monitoreo de yacimientos de petróleo y de procesos bioquímicos o sistemas de vigilancia audiovisual.

Ajenos ya a lo que puedan aportar a otros campos, la comunidad científica tendrá que decidir si estos nuevos dispositivos cumplen los requisitos mínimos para ser considerados ‘ordenadores’ o el título de computadora más pequeña volverá a un modelo previo.

FUENTE: MUY INTERESANTE

La importancia de la levadura sintética para el futuro de la humanidad

La investigación está recreando artificialmente los 16 cromosomas del hongo unicelular responsable de la cerveza. Su éxito podría conducir a algas de diseño que producen combustible, órganos a prueba de enfermedades e incluso la resurrección de especies extintas.

La relación entre el Homo sapiens y el hongo unicelular​ Saccharomyces cerevisiae, más conocido como levadura de cerveza, se remonta como mínimo a los sumerios. Los humanos descubrieron que podían aprovecharse de una especie microscópica a través de la fermentación. En la actualidad, las células de levadura se han vuelto expertas en la producción de etanol e insulina, y son el caballo de batalla de los laboratorios de investigación.

Pero esto no significa que el S. cerevisiae no pueda mejorarse aún más, o al menos eso es lo que está intentando Jef Boeke. El director del Instituto de Genética de Sistemas de la Universidad Langone Health en Nueva York (EE. UU.) dirige un equipo internacional de cientos de personas, cuyo objetivo consiste en sintetizar las 12,5 millones de letras genéticas que componen el genoma de las células de levadura.

Para ello, deben reemplazar cada uno de los 16 cromosomas de la levadura por ADN sintético producido en sintetizadores químicos del tamaño de una estufa. Poco a poco, Boeke y su equipo, que procede de casi una 12 de instituciones distintas, están modernizando el genoma de la levadura y asegurándolo para que los investigadores puedan juguetear con sus genes. Al final, la levadura sintética, llamada Sc2.0, debería ser 100% personalizable.

Boeke afirma: "En los próximos 10 años, la biología sintética producirá todo tipo de compuestos y materiales con microorganismos. Esperamos que nuestra levadura juegue un papel importante en este cambio".

El proyecto podría compararse con el del primer auto fabricado por Henry Ford: hecho a mano y el único de su clase. Pero gracias a él, algún día podríamos diseñar genomas en la pantalla de un ordenador de forma rutinaria. En lugar de diseñar o editar el ADN original de un organismo, imprimir una copia nueva podría resultar más fácil. Imagine algas de diseño que producen combustible; órganos a prueba de enfermedades; o incluso, especies extintas que vuelven a la vida. "Esto podría ser más importante que la revolución espacial y la informática", opina el experto en genómica de la Escuela de Medicina de Harvard (EE. UU.), George Church.

Vídeo: Un vídeo producido por la Universidad de Nueva York describe el análisis de la levadura con ADN parcialmente sintético. DOCTORBEE54 | Youtube

Los investigadores ya han conseguido sintetizar las instrucciones genéticas que operan a virus y bacterias. Pero las células de levadura son eucarióticas, lo que significa que sus genomas están encerrados dentro del núcleo celular y agrupados en forma de cromosomas, igual que los de los humanos. Sus genomas son también mucho más grandes, lo que complica la tarea, ya que sintetizar ADN es mucho más caro que leerlo.

Actualmente se puede secuenciar un genoma humano por unos 800 euros, y el precio sigue bajando. En comparación, para reemplazar cada letra de ADN en la levadura, Boeke tendrá que gastarse unos 1,2 millones de euros. A ese coste hay que añadir la mano de obra y los gastos informáticos, por lo que el coste total del proyecto, que lleva en marcha desde hace una década, será considerablemente mayor.

Junto a Church y otros investigadores, Boek lidera la organización GP-write, que de defensa de la investigación internacional centrada en reducir el coste del diseño, la ingeniería y los análisis genómicos por un factor de 1.000 durante la próxima década. Boeke detalla: "Tenemos toda clase de desafíos como especie en este planeta, y la biología podría tener un gran impacto en ellos. Pero para ello necesitamos reducir los costes".

Fuente: Technologyreview

Un proceso cuántico convierte en electricidad la radiación infrarroja

Científicos saudíes han encontrado la forma de obtener electricidad a través de la radiación infrarroja que emite el planeta. Se han valido de nano-antenas que usan el efecto túnel cuántico para que los electrones puedan traspasar un diodo y transformar las ondas infrarrojas en corriente eléctrica. Un prototipo que puede revolucionar el sector energético.

La mayoría de la luz solar que golpea la Tierra es absorbida por sus superficies, océanos y atmósfera. Como resultado de este calentamiento, la radiación infrarroja se emite constantemente a nuestro alrededor. 

Estimada en millones de gigavatios por segundo, esta radiación infrarroja residual es capaz de abastecer la demanda energética de la humanidad miles de veces. 

Un equipo de Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá, en Arabia Saudita,  ha desarrollado un dispositivo que puede aprovechar esta energía, así como el calor residual de los procesos industriales, y transformarla  en electricidad útil. 

A diferencia de los paneles solares que están limitados por las horas del día y las condiciones climáticas, el calor infrarrojo puede ser recogido las 24 horas del día. Una forma de lograrlo es tratar el exceso de calor infrarrojo como ondas electromagnéticas de alta frecuencia. 

Utilizando antenas diseñadas específicamente para esta investigación, las ondas electromagnéticas recogidas se envían a un rectificador, típicamente un diodo semiconductor, que convierte las señales alternas en carga de corriente continua para baterías o dispositivos eléctricos. 

Efecto túnel 

El proceso se consigue mediante la fabricación de una rectenna o rectena, (rectifying antenna  o antena rectificadora), un tipo especial de antena que se usa para convertir directamente microondas en corriente continua. En esta investigación, como la longitud de las ondas infrarrojas es extremadamente corta, para poder aprovecharlas fue necesario construir rectenas realmente minúsculas. 

Además, las ondas infrarrojas oscilan miles de veces más rápido que un semiconductor típico. "No hay ningún diodo comercial en el mundo que pueda funcionar con tanta frecuencia", explica Atif Shamim, líder de proyecto de KAUST, en un comunicado. Por eso han recurrido al efecto túnel. 

El efecto túnel es un fenómeno cuántico que permite a una partícula superar una barrera que en teoría no podría traspasar por falta de capacidad. Por ejemplo, una bala disparada desde la base de una montaña necesita una cierta cantidad de energía para llegar a la cúspide y llegar al otro lado. Pero una bala cuántica no: puede llegar al otro lado de la montaña gracias a la indeterminación de su posición, que es la base de cualquier fenómeno cuántico. 
Pues ese efecto túnel, según los investigadores, puede ayudar a la construcción de las citadas antenas nanométricas y obtener energía de la naturaleza: los electrones pueden atravesar una pequeña barrera, gracias a un diodo regido por el efecto túnel (Metal-Insulator-Metal), y transformar las ondas infrarrojas en corriente eléctrica.

Nano-antena con diodo 

Lo han comprobado construyendo una nano-antena en forma de mariposa que incorpora una película aislante muy delgada entre dos brazos metálicos ligeramente recubiertos de oro y titanio. 

El invento es capaz de generar campos eléctricos intensos, necesarios para el buen funcionamiento de la nano-antena. El diodo MIM ha capturado con éxito la radiación infrarroja y sólo se enciende cuando es necesario. 

Y aunque de momento sólo se trata de una etapa del proceso innovador superada con éxito, todavía quedan muchos problemas técnicos por resolver antes de que pueda confirmarse la viabilidad del dispositivo. 

Uno de los problemas a resolver es que consume mucha energía, pero si las investigaciones se desarrollan según lo previsto, será posible conectar millones de micro-antenas para aumentar la producción de electricidad en un país o una región. Toda una revolución para el sector energético. 

Fuente: tendencias21

Toyota apuesta por la recarga inalámbrica de los vehículos eléctricos

Gracias a la colaboración que acaban de iniciar la empresa estadounidense WiTricity y Toyota, la marca de coches pretende impulsar el uso generalizado de sistemas inalámbricos de recarga de automóviles. La empresa utiliza el sistema de resonancia para conseguir recargar las baterías.

Básicamente existen dos tipos de recarga inalámbrica, la electromagnética, que sí requiere contacto directo entre dispositivos y por resonancia, en la que no hace falta que contacten las baterías. La primera está empezando a consolidarse entre los pequeños aparatos como los teléfonos móviles, mientras que el sistema por resonancia puede ser la solución a la recarga rápida de baterías de coches. Como explican desde Toyota, "creemos que la recarga inalámbrica mediante resonancia es adecuada para automóviles y pretendemos fomentar su aplicación práctica".

El objetivo de esta nueva colaboración es, en boca de Toyota, "acelerar el desarrollo y la futura implantación de la recarga inalámbrica para automóviles". Además explican desde la marca que cargar la batería de un vehículo híbrido enchufable podría ser "tan sencillo y práctico como aparcar cerca de un cargador integrado en un domicilio o en un aparcamiento público".

Fuente: Muyinteresante

Un microbio crea butanol directamente a partir de celulosa

El butanol—una prometedora nueva generación de biocombustibles—posee más energía que el etanol y puede ser distribuido a través de oleoductos. Sin embargo, al igual que el etanol, la producción de biobutanol se centra en el uso de materias primas comestibles como la remolacha, el almidón de maíz y la caña de azúcar.

James Liao, ingeniero biomolecular de la Universidad de California en Los Ángeles, acaba de desarrollar dos vías para liberar al butanol de su dependencia de los cultivos alimentarios. Liao, con experiencia en procesos de comercialización de biocarburantes innovadores, ha demostrado que los microbios pueden producir el biocombustible avanzado directamente a partir de desechos agrícolas, así como de materias primas de proteínas como las algas.

La demostración de conversión directa de celulosa a butanol que ha hecho Liao podría reducir el coste de los biocombustibles de celulosa, que es actualmente prohibitivo. Su proceso basado en proteínas proporciona opciones de materias primas totalmente nuevas al campo de los biocombustibles.

Si bien son renovables, los biocombustibles se enfrentan a los ataques de activistas del medio ambiente y los alimentos, y el biobutanol no es una excepción: la primera generación de plantas de biobutanol en fase de desarrollo funcionará a base de azúcar y almidón a base de maíz. "El butanol posee algunas ventajas técnicas, pero el problema real es la cantidad de comida que se necesita para crear un galón de combustible", señala Jeremy Martin, científico senior de la Unión de Científicos Preocupados, un grupo de defensa con sede en Cambridge, Massachusetts, que forma parte de una amplia coalición que está presionando al Congreso para poner fin a los lucrativos créditos fiscales para el etanol de maíz.

Las innovaciones de Liao podrían poner fin a la asociación del biobutanol con el maíz—una asociación que, irónicamente, es en parte su responsabilidad. En 2008, Liao desarrolló una vía microbiana para convertir el azúcar en isobutanol, un isómero de butanol de alto octanaje. Esa innovación está siendo actualmente comercializada por Gevo, una startup con sede en Englewood, Colorado, de la que Liao es cofundador. Gevo recaudó 107 millones de dólares en una oferta pública inicial el mes pasado para apoyar sus planes de modernización de las plantas de etanol de maíz, y con ello pasar a producir isobutanol en su lugar.

Los planes para un cambio a la producción de biocombustibles a partir de materias primas de biomasa tales como el pasto varilla, los tallos de maíz, y el bagazo de caña de azúcar (o residuos vegetales) están, por su parte, moviéndose lentamente, debido a sus mayores costes. La Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. obligó al uso de sólo 6,6 millones de galones de etanol celulósico este año—menos de un 3 por ciento del objetivo de 250 millones de galones fijados por el Congreso hace cuatro años. El retraso viene dado por los pasos de procesamiento necesarios para descomponer estas materias primas celulósicas y generar así los azúcares para la fermentación; el proceso aumenta los costes considerablemente, por lo que las instalaciones de producción son difíciles de financiar.

El proceso directo de celulosa a butanol, desarrollado en colaboración con investigadores del Oak Ridge National Laboratory, promete simplificar las cosas, mediante la ampliación de las capacidades de fermentación de los microbios. La clave fue la adición de la vía de azúcar-a-isobutanol de Liao a un microbio, el Clostridium cellulolyticum, al que le gusta masticar la biomasa, pero que no suele crear butanol. El microbio fue aislado originalmente a partir de la hierba de abono, y hace dos años, Instituto Compuesto de Genoma del Departamento de Energía de los EE.UU. completó una secuencia de su genoma.

El resultado de la ingeniería genética, publicado este mes en la revista Applied and Environmental Microbiology, es un solo organismo que toma la celulosa y produce isobutanol. Liao afirma que la tasa de salida y la conversión son bajas, pero explica que esta "prueba de principio" es probablemente la parte más complicada del proceso de desarrollo. "El resto es relativamente sencillo. No es trivial, pero sencillo. Se convierte en una cuestión de financiación y recursos", afirma Liao.

El siguiente paso es mover las modificaciones genéticas a una variante de más rápido crecimiento del Clostridium o algún otro microbio. Liao apuesta que la tecnología podría estar lista para la producción en tan sólo dos años.

Un bache que podría ralentizar las cosas es el litigio sobre derechos de uso de la tecnología de Liao. Gevo está siendo demandada por violación de patente por el competidor Butamax Advanced Biofuels, una unión entre BP y DuPont que, al igual que Gevo, tiene planes para convertir las plantas de etanol basado en maíz en isobutanol. Butamax alega que el uso de Gevo de la ingeniería genética para crear butanol viola una amplia patente que los EE.UU. emitió a Butamax en diciembre de 2010.

Otro obstáculo es la preocupación sobre el impacto ambiental del uso de biomasa pesada. En enero, la EPA emitió un borrador de informe al Congreso sobre los impactos ambientales de la producción de biocombustibles. El informe destacaba varios problemas relacionados con la producción de combustibles basados ​​en biomasa. Señalaba que el uso de rastrojo de maíz (las hojas y tallos que quedan después de la cosecha) para producir combustibles, en lugar de arar los rastrojos de nuevo en tierras de cultivo, podría dar lugar a la degradación del suelo y ahogar los arroyos y ríos con mayores residuos. Los ecologistas han expresado su preocupación por el cultivo de tierras marginales que hayan sido reservadas para impulsar la diversidad biológica y proporcionar barreras de protección alrededor de cuerpos acuáticos.

La demostración de Liao de la E. coli modificada por ingeniería capaz de convertir la proteína en isobutanol también ofrece una alternativa potencial a las materias primas de biomasa: algas fotosintéticas de crecimiento rápido. Los proyectos actuales de I+D para el desarrollo de biocombustibles a base de algas tratan de convertir las grasas producidas por algas, que representan aproximadamente una cuarta parte de la masa de algas. Las proteínas, por el contrario, constituyen aproximadamente las dos terceras partes.

Sería posible, asegura Liao, crear un sistema de producción de reciclaje en el que los microbios productores de isobutanol estuvieran sostenidos por la proteína de las algas, así como por residuos industriales de fermentación recuperados de las rondas previas de la producción de butanol. Al igual que las algas, los residuos de fermentación están compuestos en gran parte de proteínas.

"Estos resultados demuestran la factibilidad del uso de proteínas para las bio-refinerías", escribió Liao y el equipo de UCLA este mes en la revista Nature Biotechnology.

Liao señala que las biorrefinerías de isobutanol alimentadas con proteínas probablemente tarden de cinco a 10 años en crearse, así que es probable que lo primero en llegar sea el isobutanol celulósico. Reconoce que las materias primas a base de proteínas de algas podrían, al igual que la biomasa celulósica, resultar tener costes imprevistos. Sin embargo una cosa es cierta, sostiene Liao: "Son sin duda mucho más sostenibles que el petróleo, el carbón o el azúcar".

Fuente: Technology Review

Crean baterías que se cargan rápidamente, gracias a una nanoestructura 3D

Científicos estadounidenses han desarrollado una nanoestructura tridimensional para baterías, que permite que éstas se carguen muy rápidamente, en tan solo unos minutos. El sistema sirve para cualquier tipo de baterías y se puede aplicar en fabricaciones a escala industrial. Esta minúscula solución servirá para reducir drásticamente el tiempo de recarga de las baterías de los vehículos eléctricos, y también para la fabricación de teléfonos u ordenadores portátiles que se carguen casi instantáneamente.

Científicos de la Universidad de Illinois, en Estados Unidos, han desarrollado una nanoestructura tridimensional (el nanómetro es la unidad de longitud que equivale a una milmillonésima parte de un metro ) para baterías, que permite que éstas se carguen muy rápidamente, en sólo cuestión de minutos.

Además de este aumento en la velocidad de carga, las baterías ganan con esta nanoestructura una capacidad mayor de almacenamiento de energía, explican los investigadores.

Ambas características son esenciales para el funcionamiento óptimo de diversos aparatos, como los vehículos eléctricos, algunos dispositivos médicos o militares, y para la tecnología láser.

Aunar batería y condensador

En un comunicado de la Universidad de Illinois, el principal desarrollador de la tecnología, el profesor de ciencias de los materiales e ingeniería, Paul Braun, explica que este sistema permitirá crear baterías con la misma potencia que los condensadores, pero con una gran capacidad de almacenamiento energético.

Los condensadores contienen electrodos que forman campos eléctricos cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de ellos. Aunque este campo eléctrico puede almacenar energía para ser liberada posteriormente, la capacidad de almacenamiento energético de los condensadores es escasa.

Sin embargo, dada las ventajas que presentan los condensadores frente a las baterías (además de ser capaces de recibir y suministrar energía rápidamente, son más baratos que las baterías, no contienen elementos tóxicos o inflamables y presentan una vida útil mucho más duradera) los científicos llevan tiempo intentando desarrollar condensadores con una mayor capacidad de almacenamiento energético, algo que podría conseguirse gracias a la nanotecnología.

Según Braun: “La mayoría de los condensadores almacenan muy poca energía. La pueden liberar rápidamente, pero no guardar mucha. Por su parte, la mayoría de las baterías almacenan una cantidad de energía razonablemente abundante, pero no pueden proporcionarla ni recibirla rápidamente”. Gracias a la nanoestructura tridimensional creada, un sistema que incluya ambas capacidades ya es posible.

Una fina película tridimensional

El rendimiento de las baterías recargables típicas (de ión de litio o de níquel ) se degrada significativamente cuando éstas son cargadas o descargadas con rapidez.

Por otro lado, si se convierte el material activo de los electrodos de la batería en una fina película, se consigue que la batería cargue y descargue rápidamente, pero se reduce su capacidad hasta casi anularla, porque el material activo carece del volumen necesario para almacenar energía.

Lo que Braun y sus colaboradores han hecho es convertir esa fina película de material activo en una estructura tridimensional. De esta forma, han conseguido una gran capacidad de almacenamiento energético dentro de ella, así como un caudal energético importante.

Los científicos han demostrado que, con este sistema, los electrodos de la batería se pueden cargar y descargar en tan sólo unos segundos (entre 10 y 100 veces más rápido de lo normal), y aún así funcionar normalmente, en aparatos ya existentes.

El proceso seguido para crear la estructura 3D se utiliza también a gran escala en la industria, por lo que esta técnica podría llevarse a cualquier nivel de fabricación. Dicho proceso consistió, en primer lugar, en recubrir una superficie con esferas minúsculas, que fueron empaquetadas todas juntas, muy apretadas unas con otras, para formar un entramado.

Después, los investigadores rellenaron los espacios entre las esferas y alrededor de éstas con metal. Las esferas, entonces, se disolvieron o derritieron, dando lugar a un entramado metálico y poroso en 3D, similar al de una esponja.

Posteriormente, gracias a un proceso denominado electropulimento, los científicos trataron uniformemente la superficie del entramado para aumentar sus poros y generar un armazón abierto. Por último, este armazón fue cubierto con una fina película de material activo.

Posibles aplicaciones

El resultado obtenido fue una estructura bicontinua, con pequeñas interconexiones que permiten que los iones de litio se muevan rápidamente (el material activo es una película fina, lo que hace que la difusión cinética sea rápida), pero también un entramado metálico con buena conductividad eléctrica.

Braun y su equipo han demostrado que dicha nanoestructura sirve tanto con baterías de ión de litio como con baterías de níquel, y afirman que puede usarse con cualquier material de batería que pueda depositarse en el entramado, es decir, que el sistema no está vinculado con un tipo específico de batería, sino que es un nuevo paradigma tridimensional destinado a mejorar cualquier tipo de batería existente.

El sistema podría propiciar la creación de teléfonos u ordenadores portátiles que se carguen en sólo unos minutos. También serviría para dispositivos láser de alta potencia o desfibriladores (aparatos que aplican descargas eléctricas para restablecer el ritmo cardiaco normal), de manera que éstos no necesiten tiempo de recarga antes o entre cada descarga o pulso, en el caso del láser.

Braun se muestra especialmente optimista en las aplicaciones del sistema en vehículos eléctricos. La duración y el tiempo de recarga de las baterías son importantes limitaciones para este tipo de vehículos que no resultan prácticos para viajes largos, debido a que su batería sólo aguanta unos 160 kilómetros y, además, requiere una hora de recarga.

“Si se puede recargar la batería rápidamente, se pueden tener vehículos eléctricos que tarden en cargarse lo mismo que se tarda en poner gasolina”, afirma el científico. Los investigadores han detallado los aspectos de su invento en un artículo publicado por Nature Nanotechnology.

Fuente: Tendencia21

Captura de energía de las olas con una eficiencia del 99 por ciento mediante principios de la aeronáutica

Mediante el uso de un pequeño tanque de agua en un laboratorio de Colorado, un equipo de ingenieros de la Fuerza Aérea de los EE.UU. han conseguido obtener el 99 por cierto de la energía que produce las olas a través de modelos oceánicos simulados, demostrando que es posible utilizar los principios de la aeronáutica para beneficiarnos de la energía que nos ofrece los océanos, la cual sigue siendo en la actualidad muy poco aprovechada.

Los ingenieros utilizaron una turbina cicloidal, un convertidor de energía basado en impulsos, para obtener la energía de una ola en alta mar simulada. Esta puede cambiar de dirección casi al instante, y su estructura es similar a la de una hélice Voith Schneider, utilizada en el ámbito naval para remolcadores entre otros.

El sistema lo integra un eje principal de alimentación y unos pocos hidrodeslizadores cuyo ángulo funcional puede ser ajustado para recibir la ola. El eje principal por lo tanto se alinea en paralelo a la cresta de la ola, según hemos podido conocer en su presentación durante la conferencia de la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.

En aspectos generales, el concepto no difiere de un sistema de propulsión de helicópteros, lo que implica la capacidad de cambiar de ángulo funcional (también denominado de “ataque”) del rotor principal de las aspas para mover el helicóptero hacia un lado o realizar desplazamientos hacia adelante y hacia atrás. Esto explica las circunstancias por las cuales participaron un equipo altamente cualificado de ingenieros aeronáuticos en la investigación de la Fuerza Aérea, con amplios conocimientos y experiencia en la dinámica de fluidos en las aeronaves de ámbito militar y naves espaciales de la NASA.

Esta investigación forma parte de un proyecto financiado por la National Science Foundation para construir el primer convertidor de energía de olas sumergidas. En una serie de experimentos, el sistema fue capaz de convertir el 95 por ciento de la energía de una ola entrante en energía mecánica, conducida al eje. El resto de la energía se perdió en ondas armónicas. Pero después de algunos ajustes, el equipo de ingenieros, encabezados por el Doctor Stefan Siegel, fue capaz de mejorar la tasa de conversión de energía hasta alcanzar el 99 por ciento. Todo el trabajo de campo fue realizado en un pequeño tanque, mediante una versión del sistema a una escala 1:1300.

Los ingenieros siguen centrados en este proyecto desde Septiembre, pero los últimos resultados fueron tan prometedores que el Departamento de Energía está proveyendo un presupuesto de 400.000 dólares para construir un simulador de tanques más grande en escala 1:10. Los próximos pasos a dar serán la mejora en la resistencia y durabilidad del convertidor en condiciones meteorológicas adversas, así como el estudio de métodos para la transferencia de energía a la red de forma eficiente.

Fuente: fierasdelaingenieria

Reactores modulares a pequeña escala, nueva esperanza de la energía nuclear

Diversas empresas y entes estatales de todo el mundo están desarrollando un nuevo paradigma en energía nuclear aplicada a servicios públicos de producción y distribución de electricidad. Se trata de los reactores modulares a pequeña escala, una solución frente a los enormes gastos y las complejas estructuras que requieren las grandes centrales nucleares convencionales. Con ellos, la alternativa de la energía nuclear sería más accesible y práctica para su uso en la producción de electricidad.

El trabajo de diferentes organizaciones en la investigación de reactores modulares a pequeña escala podría desembocar en un nuevo paradigma en el campo de la energía nuclear. Es que el empleo de los reactores mencionados transformaría a esta fuente energética en una solución más accesible económicamente para la alimentación de redes eléctricas y otros sistemas de utilidad social.

Los diseños modulares aplicados a los reactores pequeños permiten la posibilidad de trabajar en conjunto en redes integradas, para de esta manera lograr la misma potencia de un gran reactor. Esta facilidad es vital para las empresas de servicios públicos u otros entes que estén interesados en utilizar la energía nuclear para alimentar redes comunitarias o urbanas de electricidad, por ejemplo.

El gran dilema de la energía nuclear con este fin han sido siempre los costos implicados. Si pensamos que una central nuclear convencional requiere para su desarrollo una erogación de entre 7.000 y 10.000 millones de dólares, podemos entender rápidamente que se trata de una infraestructura al alcance únicamente de unos pocos.

De acuerdo a la información que recoge un artículo del medio especializado IEEE Spectrum, la tecnología que están desarrollando diferentes empresas y entes gubernamentales en todo el mundo permite concluir que una solución más económica se encuentra en la reducción de la escala de las centrales nucleares, que de esta manera pueden ser construidas por docenas y, posteriormente, integrarse para aumentar su potencia.

Las potencialidades de los nuevos reactores

Muchas empresas de ingeniería están desarrollando reactores más pequeños, que las firmas de servicios públicos ven como una posibilidad real para incorporar a la energía nuclear entre sus fuentes de abastecimiento. Por ejemplo, pequeños reactores modulares de 70 a 210 megavatios se están construyendo en este momento en China y Rusia.

Además, empresas de tecnología nuclear como Westinghouse Electric, General Atomics o Babcock & Wilcox están desarrollando o adquiriendo tecnologías similares en Estados Unidos. Esto permite reducir los costos y hacer más sencillo el control de las infraestructuras, entre otras ventajas.

Es vital para ello la construcción en módulos, que permite que los reactores sean lo suficientemente pequeños como para ser transportados en un camión o vagón de ferrocarril, diseñándose de tal forma para poder ser fácilmente conectados, montados y puestos en marcha en el lugar de destino.

Esta innovación es una gran esperanza frente a las extensas obras de construcción necesarias para el desarrollo de los inmensos reactores empleados actualmente, que además son propensos a diferentes problemas de calidad y retrasos, insumiendo al mismo tiempo riesgos y posibles fallas de seguridad.

Casos concretos y controversias

Por ejemplo, la empresa Babcock & Wilcox está desarrollando un reactor de agua ligera que supondrá un gasto total de 600 millones de dólares. Con la misma producción de electricidad que un reactor a gran escala de similar tecnología, pero empleando módulos que incrementan la seguridad, fiabilidad y rendimiento de la estructura, esta firma logrará un importante descenso en los costos y obtendrá energía un 20% más económica con relación a un reactor convencional.

En el mismo sentido, los directivos de Energy Northwest, una agencia estatal de Washington, Estados Unidos, creen que la energía nuclear puede ser una fuente limpia y económicamente viable para cumplir con un aumento de la demanda energética en la zona, en torno a los 250 - 350 MW de capacidad agregada. Para ello, están desarrollando un ambicioso plan de construcción de un reactor modular de pequeña escala.

El consorcio Chinergy Co, con base en Beijing, es otra de las empresas que está desarrollando nuevos conceptos para reactores de pequeña escala. Esta firma acaba de lanzar la construcción de un reactor de este tipo que puede operar al doble de la temperatura de un reactor grande, logrando al mismo tiempo hasta un 50 por ciento más de eficiencia energética.

Sin embargo, existen diferentes objeciones políticas a estos nuevos reactores. Precisamente al ser más accesibles, puede aumentar el riesgo de proliferación de estos reactores en diferentes partes del mundo, sin que sea excluyente su uso con fines energéticos o pacíficos. Vale recordar que aunque son más pequeños, siguen siendo reactores nucleares y el peligro que conllevan al caer en malas manos continúa presente.

Fuente: Tendencias21

Obtienen biocombustibles con microalgas expuestas a la cocción a presión

Un nuevo mecanismo de producción de biocombustibles podría llegar a acelerar el desarrollo de esta fuente energética. Se trata de un sistema que emplea la cocción a presión de microalgas, y que fue elaborado por especialistas de la Universidad de Michigan. Las ventajas con relación a otros sistemas incluyen un menor costo, una mayor rapidez en la producción y más eficacia en el proceso. Al mismo tiempo, los ingenieros de Michigan están analizando diferentes bacterias que podrían tener también aplicación en el campo de los biocombustibles.

Justamente, los biocombustibles están considerados como la fuente energética alternativa con mayores posibilidades de suplantar a los combustibles fósiles en primera instancia, por lo menos en una buena cantidad de funciones. Sin embargo, para que eso suceda se necesita incrementar la producción y abaratar costos.

Enfoques hidrotermales, catalíticos y biológicos se han integrado en este nuevo sistema, para cuya investigación se ha logrado un subsidio de la National Science Foundation por dos millones de dólares. Arthur F. Thurnau y Phillip Savage, del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Michigan, son los principales responsables de este trabajo.

Según los investigadores, esta nueva técnica podría desempeñar un papel importante en el camino de Estados Unidos hacia la independencia energética, logrando al mismo tiempo una trascendente disminución en las emisiones de dióxido de carbono procedentes del sector hidrocarburífero. Lógicamente, también podría ser provechosa para muchos otros países.

Microalgas sometidas a presión

Las microalgas son especies de algas microscópicas, plantas simples y flotantes que no tienen hojas, raíces o tallos. Las mismas se descomponen más fácilmente que otras plantas empleadas para producir biocombustibles porque no cuentan con paredes celulares resistentes, de acuerdo a los datos aportados por los propios responsables de la investigación.

A diferencia de los combustibles fósiles, los biocombustibles a base de algas y obtenidos a partir de este sistema no producen dióxido de carbono, por lo tanto no generan emisiones contaminantes. Este nuevo método fue difundido a través de una nota de prensa de la Universidad de Michigan, que también fue reproducida por el medio especializados Science Daily.

El método empleado por los investigadores estadounidenses consiste en el cultivo de microalgas especiales, que posteriormente son sometidas a un tratamiento de cocción a presión, mediante el cual se obtienen los biocombustibles. Este sistema cuenta con múltiples ventajas con respecto a otros.

Por ejemplo, el proceso hidrotermal utilizado en el marco de este proyecto de investigación permite aprovechar los tipos de microalgas con menor tenor graso, además de eliminar el proceso de secado de las algas, dos obstáculos importantes para la conversión a gran escala de microalgas en combustibles líquidos.

Más detalles

Según el especialista Phillip Savage, el proceso realizado consiste sencillamente en una “sopa de algas". Las microalgas se someten a una temperatura de 300 grados centígrados, siempre manteniendo el agua a alta presión para preservar el estado líquido en lugar de crear vapor.

La cocción a presión se realiza durante un lapso de entre treinta minutos a una hora, tras lo cual se obtiene el biocombustible crudo. La alta temperatura y la presión elevada permiten que las algas se descompongan al reaccionar con el agua. Así se obtienen los hidrocarburos, pero también las proteínas y los carbohidratos presentes se descomponen, aportando al rendimiento del biocombustible.

Los ingenieros sostienen que este proceso intenta reproducir el mecanismo empleado por la naturaleza para desarrollar el petróleo, pero sin la necesidad de esperar millones de años. Vale destacar, igualmente, que no se trata de un sistema mágico y que aún restan resolver varios interrogantes. Al mismo tiempo, los especialistas están estudiando el potencial de algunas bacterias, como la E. coli, para el desarrollo de biocombustibles.

Savage resaltó que la parte más compleja de este nuevo método es transformar el biocombustible crudo que sale de la olla a presión y convertirlo en algo que pueda utilizarse para la propulsión de automóviles, por ejemplo. Para ello se requiere cambiar las propiedades del material para que pueda fluir con más facilidad, y hacerlo de una manera sencilla, rápida y económica.

Fuente: Tendencias21

Amortiguadores generadores de electricidad

Unos nuevos amortiguadores generadores de electricidad, que están siendo desarrollados por la empresa Levant Power, con sede en Cambridge, Massachussets, pueden reducir el consumo de combustible entre el 1,5 y el 6 por ciento, dependiendo del vehículo y de las condiciones de conducción. El sistema también puede mejorar el manejo del vehículo.

Levant ha demostrado la tecnología en pruebas en carretera con un Humvee y ampliará las pruebas a camiones, autobuses y otros vehículos a lo largo de este verano. Los nuevos amortiguadores parecen amortiguadores convencionales desde el exterior, a excepción de un cable de alimentación que sale de un extremo, y pueden ser instalados en vehículos normales por los mecánicos. Éstos se conectan a un dispositivo de administración de energía que también puede controlar la energía de otras fuentes, tales como sistemas de frenado regenerativo, dispositivos termoeléctricos que convierten el calor residual en electricidad, o paneles solares. La electricidad generada se incorpora después al sistema eléctrico del coche para reducir la cantidad de carga en el alternador.

Al igual que en un amortiguador convencional, la tecnología de Levant utiliza el movimiento de un pistón sumergido en aceite para amortiguar el movimiento. Sin embargo, Levant ha desarrollado una cabeza del pistón modificada que incluye unas piezas que lo hacen girar a medida que avanza a través del aceite, convirtiéndolo en un pequeño generador. Para mejorar el manejo del vehículo, el regulador de potencia utiliza la información de acelerómetros y otros sensores para cambiar la resistencia de los generadores, que endurece o suaviza la suspensión. Por ejemplo, si los sensores detectan que el coche empieza una curva, el regulador de potencia puede aumentar la resistencia de los amortiguadores en las ruedas exteriores, la mejor para las curvas, indica David Diamond, vicepresidente de desarrollo de negocio en Levant.

El sistema funciona más eficientemente en vehículos todo terreno pesados que se muevan rápidamente sobre un terreno accidentado, por lo que la empresa tiene como objetivo las aplicaciones militares. La compañía ha destacado el uso de piezas disponibles en el mercado, siempre que sea posible, para mantener bajos los costes. Diamond señala que los amortiguadores de choque activos han fracasado comercialmente en el pasado porque eran demasiado caros. Lo que distingue el nuevo sistema es su coste relativamente bajo y la capacidad para generar electricidad, afirma él. Los amortiguadores y los controles electrónicos van a costar un poco más que los amortiguadores convencionales, señala él, pero en aplicaciones tales como camiones comerciales, el ahorro de combustible se espera que pague por los costes adicionales en 18 meses.

Lei Zuo, profesor de ingeniería mecánica de la Universidad Stony Brook, indica que varios investigadores de la Universidad Tufts y de General Motors han presentado patentes sobre sus propios diseños de amortiguadores generadores de electricidad. Él también está desarrollando sus sistemas propios que no usan fluidos, sólo la resistencia electromagnética. Él afirma que uno de los mayores retos en el diseño de estos sistemas es hacerlos lo suficientemente pequeños para caber en los vehículos existentes, al mismo tiempo que se asegura que siguen siendo capaces de convertir una cantidad útil de electricidad.

Levant no tiene prevista la fabricación de la tecnología en sí, sino más bien concederle la licencia a un fabricante o crear una empresa conjunta.

Fuente: Technology Review

Un mejor catalizador de platino para pilas de combustible

Un nuevo tipo de catalizador puede dar lugar a células de combustible que utilicen una quinta parte del platino que usan actualmente. El nuevo material, desarrollado por un grupo de investigadores de la Universidad de Houston, la Universidad Técnica de Berlín en Alemania, y el Laboratorio Nacional de Aceleración (SLAC) del Departamento de Energía con sede en Menlo Park, California, está formado por nanopartículas con sus núcleos constituidos por una aleación de cobre y platino y un envoltorio exterior prácticamente todo de platino. Este material es hasta cinco veces más eficiente que el platino normal.

El platino y las aleaciones de platino son los catalizadores más eficientes para acelerar las reacciones químicas en las células de combustible de hidrógeno. El platino es el único metal que puede resistir las condiciones ácidas en el interior de una celda, pero es caro, y esto ha limitado la amplia gama de aplicaciones a gran escala de las pilas de combustible. Por otra parte, alrededor del 90 por ciento del suministro de platino del mundo proviene de sólo dos países--Sudáfrica y Rusia.

El nuevo material ya cumple con el objetivo del Departamento de Energía de los EE.UU. para 2015 con respecto a los catalizadores de platino: producir al menos 0,44 amperios de corriente eléctrica por un miligramo de platino. El material en cuestión produce hasta 0,49 amperios por miligramo de platino y los investigadores creen que debería ser posible aumentar la actividad catalítica del material aún más. "Si pudiéramos conseguir otro factor de dos [mejora de la actividad catalítica], pensamos que el coste del platino en estas células de combustible podría hacer la tecnología más práctica", afirma el físico del SLAC Anders Nilsson.

"Éste es un trabajo excelente que debería permitirnos utilizar menos platino en las pilas de combustible", afirma Jean-Pol Dodelet, profesor de energía, materiales y telecomunicaciones en el Instituto National de la Investigación Científica (INRS por sus siglas en francés) con sede en Quebec.

En el ánodo de una pila de combustible de membrana de intercambio de protones convencional (PEM), el catalizador rompe el hidrógeno en iones hidrógeno y electrones, con lo cual estos últimos fluyen fuera de la célula para crear corriente eléctrica. En el cátodo, las moléculas de oxígeno se combinan con electrones e iones hidrógeno para formar agua. Esta reacción es lenta y acelerarla requiere 10 veces más de platino que el usado en el ánodo. "Si usted está tratando de reemplazar el platino, es más importante reemplazar el platino del cátodo", señala Dodelet.

Peter Strasser, profesor de ingeniería química en ambas la Universidad de Houston y la Universidad Técnica de Berlín, comenzó a trabajar en un nuevo tipo de catalizador en el 2005, depositando nanopartículas de una aleación de cobre y platino sobre unos soportes de carbono. Cuando se aplica una corriente alterna cíclica sobre este material, el cobre se separa de la zona superficial, dando a las nanopartículas una capa externa rica en platino.

En un artículo reciente publicado en Nature Chemistry, los investigadores revelan el mecanismo que hace que este catalizador sea más activo que el platino convencional. Al estudiar cómo los haces de rayos X son dispersados por el nuevo catalizador, descubrieron que la distancia entre los átomos de platino restantes sobre la superficie de las nanopartículas es menor que la distancia en las nanopartículas de platino puro. Un buen catalizador debe ser capaz de dividir las moléculas de oxígeno en átomos, pero no puede enlazarse demasiado fuertemente con los átomos libres; la distancia más corta entre los átomos de platino en el nuevo material lo convierte en un catalizador más eficaz porque se une aún más débilmente con los átomos de oxígeno.

Existen alternativas al uso de platino como catalizador. Dodelet y su grupo han trabajado con General Motors para desarrollar un prometedor catalizador basado en el hierro que actualmente están trabajando en comercializar. Mientras tanto, se están desarrollando catalizadores de nanotubos de carbono de bajo coste y también catalizadores de níquel para la química de pilas de combustible alcalinas.

Los catalizadores libres de platino tienen otras ventajas aparte de su bajo coste, señala Liming Dai, profesor de ingeniería de materiales de la Universidad de Dayton, Ohio, que está trabajando en catalizadores de nanotubos de carbono. Las nanopartículas de platino tienden a perder su eficacia catalítica agregándose con el tiempo en partículas más grandes o cuando el monóxido de carbono se adhiere a su superficie. Los nanotubos de carbono son más robustos a largo plazo, afirma Dai.

"Éste es un trabajo interesante y un avance importante porque el mecanismo se podría aplicar a otros catalizadores", afirma Dai sobre el nuevo catalizador de platino. "Sería interesante comprobar su estabilidad a largo plazo y el efecto del envenenamiento por monóxido de carbono [en la superficie] en este tipo de catalizador núcleo-caparazón."

Strasser coincide en que el nuevo catalizador requerirá más pruebas. Sin embargo, el mayor tamaño de las partículas núcleo-caparazón las hace intrínsecamente más estables que el platino puro, afirma él. La elección de este metal también hace una diferencia. "Estamos seguros de que los metales alternativos al platino en el núcleo, como el cobalto o níquel, resolverán el problema de la estabilidad, manteniendo la ventaja de la actividad de la estructura núcleo-caparazón", afirma Strasser.

El nuevo material también ha sido probado en pilas de combustible reales, lo que podría ser una ventaja de mercado crucial. "La mayoría de estos otros catalizadores fueron medidos en medidas electroquímicas", señala éste. "Es cierto que tienen potencial para ser usados en el futuro, pero esto [el nuevo catalizador] es algo que se puede poner hoy mismo en células de combustible reales."

Fuentes: Technology Review

Componentes fotovoltaicos que atrapan la luz

En 1995, mientras terminaba su licenciatura en física, Kylie Catchpole decidió apostar por un campo que estaba casi moribundo: la energía fotovoltaica. "De algún modo sentía que tendría dificultades para encontrar trabajo", recuerda. Sin embargo su apuesta funcionó. En 2006 Catchpole, que por entonces estaba en su etapa de post doctorado, descubrió algo que abrió la puerta a creación de células solares de película fina mucho más eficientes a la hora de convertir la luz en electricidad. Se trata de un avance que podría ayudar a que la energía solar fuera más competitiva frente a los combustibles fósiles.

Las células solares de película fina, hechas de materiales semiconductores como el silicio amorfo o el teluro de cadmio, son más baratas de producir que las células solares convencionales, hechas de obleas de silicio cristalino relativamente gruesas y caras. Sin embargo también son menos eficientes, puesto que si una célula es más delgada que el largo de la longitud de onda de la luz entrante, esa luz tiene menos probabilidades de ser absorbida y convertida. Con tan sólo unos pocos micrómetros de espesor, las células de película fina sólo absorben, débilmente, longitudes de onda en la parte del espectro del infrarrojo cercano; esa energía se pierde. El resultado es que los componentes fotovoltaicos de película fina convierten de un 8 a un 12 por ciento de la luz que entra en electricidad, frente al 14-19 por ciento del silicio cristalino. Por eso, son necesarias instalaciones más grandes para producir la misma cantidad de electricidad, lo que limita el número de lugares donde la tecnología puede ser utilizada.

Catchpole, que en la actualidad es miembro de investigación en la Universidad Nacional Australiana de Canberra, comenzó a trabajar en este problema en 2002 en la Universidad de New South Wales de Sydney. "Fue una cuestión de "vamos a empezar por el principio: ¿podemos diseñar una forma completamente distinta de fabricar células solares? ", señala. "Una de las cosas con las que me encontré fue la plasmónica--observando las extrañas propiedades ópticas de los metales."

Los plasmones son un tipo de onda que se mueve a través de los electrones en la superficie de un metal cuando son excitados por la luz incidente. Otros expertos han tratado de aprovechar los efectos plasmónicos para crear componentes fotovoltaicos convencional de silicio más eficientes, aunque nadie lo había intentado con células solares de película fina. Catchpole descubrió que las nanopartículas de plata que depositó en la superficie de una célula solar de silicio de película fina no reflejaba la luz de fondo que caía directamente sobre ella, como sucedería con un espejo. En su lugar, los plasmones que se formaron en la superficie de las partículas desviaron los fotones e hicieron que rebotasen hacia atrás y adelante dentro de la célula, permitiendo que fueran absorbidas unas mayores longitudes de onda.

Los dispositivos experimentales de Catchpole producen un 30 por ciento más de corriente eléctrica que las células de silicio convencionales de película fina. Si Catchpole logra integrar su tecnología de nanopartículas con los procesos utilizados para producir en masa películas finas comercialmente, podría cambiar el equilibrio de la tecnología utilizada en las células solares. Los componentes fotovoltaicos de película fina no sólo podrían aumentar su cuota de mercado (de hecho, actualmente sólo poseen un 30 por ciento del mercado en los Estados Unidos), sino mantener el crecimiento de la industria solar en general.

Hasta ahora, el silicio ha ido perdiendo terreno frente al teluro de cadmio como material de elección para las células solares de película fina. (First Solar, líder del mercado, está planificando una serie de parques solares a escala de gigavatios que utilizarán tecnología de película fina de teluro de cadmio para generar tanta electricidad como las centrales eléctricas convencionales.) No obstante el teluro es un material raro, y los expertos se preguntan si habrá provisiones para satisfacer un tipo de ambiciones tan altas. "Simplemente no hay teluro suficiente para marcar una diferencia sustancial en la manera de producir la energía del mundo", afirma Catchpole. "El silicio es el camino a seguir."

Catchpole ha sido contactada por varias empresas, aunque ella quiere pulir más la tecnología antes de su comercialización. Mientras tanto, los investigadores de la Universidad de Tecnología Swinburne en Melbourne están colaborando con Suntech Power, uno de los mayores fabricantes de células solares de silicio del mundo, para la creación de células de silicio de película fina plasmónica. Los componentes fotovoltaicos plasmónicos de la compañía se espera que estén listos para su producción en un plazo de cuatro años.

Fuente: Technology Review

Las bacterias púrpuras son mejores para obtener energía solar

Un estudio desarrollado en conjunto por ingenieros y científicos de la Universidad de Miami y de la Universidad de los Andes de Colombia concluye que las bacterias púrpuras, microscópicos organismos unicelulares con presencia en la Tierra desde hace miles de millones de años, podrían ser ampliamente efectivas para la generación de energía solar, aventajando a otros sistemas empleados en la actualidad. Asimismo, la investigación entiende que estas bacterias y el mecanismo natural que emplean serían ideales para su uso en paneles solares y otros dispositivos de conversión de energía. Por Pablo Javier Piacente.

Las bacterias púrpuras, antiguos microorganismos unicelulares, podrían convertirse en un futuro cercano en la herramienta por excelencia para obtener energía solar. De acuerdo a una investigación efectuada por ingenieros y especialistas norteamericanos y colombianos, estas bacterias poseen un diseño biológico que contiene las propiedades necesarias para su empleo en paneles solares y otros sistemas similares, alcanzando una efectividad superior en la producción energética con respecto a otros métodos empleados en la actualidad.

Lo cierto es que las denominadas bacterias púrpuras se encontraban entre las primeras formas de vida presentes en la Tierra. Son organismos microscópicos unicelulares, que desempeñan un papel vital en el mantenimiento del ciclo de la vida en el planeta. Este pequeño organismo puede hallarse en ambientes acuáticos, como por ejemplo en el fondo de los lagos o en las zonas de corales bajo el mar.

Emplean la luz solar como fuente de energía, y de acuerdo a la investigación interdisciplinaria conducida por Neil Johnson, un científico del College of Arts and Sciences de la Universidad de Miami, el diseño natural que utilizan podría transformarse en la solución estructural más eficiente para generar energía solar.

Johnson y su equipo, conformado por distintos especialistas de la Universidad de Miami y de la Universidad de los Andes de Colombia, creen que estas bacterias y el método que emplean para captar la energía del sol podría ser adaptado para su uso en paneles solares y otros dispositivos similares, obteniendo amplias mejoras en la producción de este tipo de energía limpia y renovable.

Diseños naturales con aplicación energética

La investigación desarrollada por este grupo de ingenieros, físicos y otros especialistas de las mencionadas casas de estudio fue difundida originalmente a través de una nota de prensa de la Universidad de Miami. Con posterioridad, el anuncio de la universidad norteamericana fue reproducido en un artículo del medio especializado Science Daily y fue publicado en el prestigioso Physical Review Letters.

Los investigadores recalcan que estas bacterias han existido desde hace miles de millones de años, y que se trata de organismos muy simples, lo que llevaría a pensar en primera instancia que la ciencia ya sabe todo de ellos. Sin embargo, recientemente han sido halladas nuevas características de las bacterias púrpuras que podrían tener diferentes aplicaciones.

En ese contexto, el estudio de Johnson y sus colegas se centra en desarrollar un modelo matemático que permita describir los diseños naturales que adoptan estas bacterias, investigando a su vez como podría ayudar ese funcionamiento biológico para diseñar futuros dispositivos fotoeléctricos.

Según el estudio, las bacterias púrpuras se adaptan a diferentes intensidades de luz, cambiando la disposición de su mecanismo de recolección energética para hacerlo más efectivo en cada ocasión. Las bacterias captan los fotones mediante una estructura especial, denominada membrana fotosintética.



Un mecanismo natural inteligente

Una deducción primaria indicaría que las bacterias abren en mayor medida esa estructura empleada para captar la energía solar cuando reciben más luz. Sin embargo, el diseño natural no siempre sigue caminos tan lógicos o lineales, y el funcionamiento de este sistema de captación energética en las bacterias púrpuras es un ejemplo claro de ello.

Es que con la llegada de cada nueva generación, las bacterias púrpuras crean un diseño que equilibra dos cuestiones: por un lado, la necesidad de maximizar el número de fotones capturados para convertirlos en energía química y, por otro, la protección que requiere la membrana fotosintética ante un exceso de energía solar que podría dañarla.

En consecuencia, los investigadores trabajan actualmente para hallar la forma en la que estas bacterias encuentran el punto o medida exacta para incrementar la generación energética sin comprometer su estructura, perdiendo al mismo tiempo la menor cantidad de energía en ese proceso de protección. La efectividad de este mecanismo natural podría ser realmente muy útil en su aplicación en distintos dispositivos solares.

De esta manera, nuevos dispositivos electrónicos especialmente adaptados con bacterias fotosintéticas podrían guiar el desarrollo de paneles solares que se adapten a diferentes intensidades de luz, sin perder energía en las diferentes fases del proceso. En la actualidad, los investigadores están utilizando un modelo matemático y la ayuda de supercomputadoras para tratar de hallar las características más profundas del diseño fotosintético empleado por las bacterias púrpuras.

Fuente: Tendencias21

Crean un dispositivo que genera energía a partir del calor del cuerpo

Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur ha fabricado un dispositivo que genera energía a partir del calor corporal. El generador tiene un tamaño muy pequeño: un centímetro cuadrado, pero es capaz de producir varios microvatios de energía aprovechando la diferencia de temperatura existente entre el cuerpo y el aire. Los científicos prevén que, en un futuro, servirá para prolongar la vida de la batería de ciertos dispositivos electrónicos (como implantes médicos) y también para reciclar el calor que los mismos aparatos generen en su funcionamiento prolongando así la vida de sus baterías.

En un intento por desarrollar una fuente de energía compacta, ecológica y de un tiempo de vida ilimitado, un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur, ha fabricado un dispositivo que genera energía a partir del calor corporal o de cualquier otro entorno que proporcione un gradiente (o diferencia) de temperatura.

Según publica la revista Physorg, este aparato, que ha sido bautizado como generador energético termoeléctrico, se pega al cuerpo para generar una cantidad de energía de varios microvatios.

En un futuro, el generador podría ser utilizado para suministrar energía a ciertos dispositivos médicos implantados o a sensores sin cable.

Termopares y termopilas

Los autores del dispositivo han sido Jin Xie y Hanhua Feng, que pertenecen a la A*STAR (agencia gubernamental para la ciencia, la tecnología y la investigación de Singapur), y Chengkuo Lee, de la Universidad Nacional de Singapur. Los resultados de su trabajo han aparecido publicados en la revista especializada Journal of Microelectromechanical Systems.

El generador energético termoeléctrico consiste en un chip de un tamaño de un centímetro cuadrado, que contiene más de 30.000 pares termoeléctricos o termopares.

Estos termopares están formados por la unión de dos metales distintos, y producen un voltaje a partir de la diferencia de temperatura entre uno de sus extremos, denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida, y el otro, denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.

Los termopares se utilizan comúnmente en instrumentación industrial como sensores de temperatura, porque son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango de temperaturas.

Los científicos de Singapur agruparon los 30.000 termopares del generador en una serie de conjuntos, conocidos como termopilas, capaces de detectar las diferencias de temperatura entre el cuerpo y el ambiente, y de producir a partir de ellas un voltaje.

Futuras mejoras

Así, con una diferencia de temperatura de 5 K, el dispositivo puede generar un voltaje de 16,7 voltios y una energía de 1,3 microvatios.

Los investigadores esperan que futuras mejoras en el generador permitan incrementar esta generación energética en varios microvatios.

La acumulación de la energía generada a partir del calor desprendido del cuerpo, servirá para diversos fines, como prolongar la vida de la batería de ciertos dispositivos electrónicos, como sensores de presión, y también para reciclar el calor que los mismos aparatos generen en su funcionamiento.

Además, proporcionando energía a los implantes médicos que puedan llevar algunos pacientes, esta tecnología permitirá eludir los difíciles y caros métodos de sustitución de baterías en dichos implantes.

Mayor eficiencia energética

Aunque anteriormente se habían creado dispositivos que generan electricidad a partir del calor del cuerpo, este nuevo generador energético termoeléctrico supone un avance con respecto a ellos, en cuanto a eficiencia energética se refiere.

Según explican los investigadores en el Journal of Microelectromechanical Systems, para conseguir dicho avance, al generador se le incorporaron cavidades vacías, un estrato de cuerpo de refrigeración (cuerpo de metal que se conecta a componentes electrónicos y no les permite calentarse) y una cavidad periférica.

De esta forma, se consituió optimizar el flujo de calor, e incrementar la diferencia de temperatura entre el lado del generador que va en contacto con el cuerpo y el otro lado, expuesto al entorno en que el cuerpo se encuentre (al aire, más frío que el organismo).

Este aumento en la diferencia de la temperatura entre ambos lados del aparato es lo que permite producir una cantidad de energía eléctrica mayor.

Otra ventaja del generador energético termoeléctrico de los científicos de Singapur es que es compatible con unos semiconductores de uso muy extendido conocidos como CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Esta compatibilidad permitirá que el generador pueda funcionar como fuente energética para chips y sistemas microelectromecánicos (sistemas fabricados con tecnología electromecánica micrométrica), que requieran de bajos niveles de consumo de energía.

Aprovechar el cuerpo

En los últimos años, han salido a la luz diversos dispositivos y materiales que aprovechan el cuerpo para generar energía.

Es el caso, por ejemplo, del material creado por ingenieros de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, con el que se puede generar energía a partir de ciertos movimientos del organismo, como la respiración o el simple acto de andar o correr.

Los científicos prevén que dicho material, un compuesto que combina caucho de silicona con zirconato de titanato de plomo, podría aplicarse en chips destinados a dispositivos médicos (como por ejemplo marcapasos), o en diferentes productos de electrónica portátil.

Por otro lado, recientemente, científicos del Instituto Tecnológico de Georgia, también en Estados Unidos, anunciaron que habían creado una novedosa tecnología capaz de convertir la energía mecánica más irregular en energía eléctrica. Para conseguirlo, usaron nanogeneradores que aprovechaban el efecto piezoeléctrico para generar cargas eléctricas.

Por último, científicos norteamericanos han creado otro sistema que aprovecha la energía motriz de las piernas para generar electricidad, mediante un dispositivo de 1,5 kilogramos con forma de rodillera. Este aparato genera energía suficiente como para poner en marcha diez teléfonos móviles al mismo tiempo o dos ordenadores.

Fuente: tendencias21

Combustible Solar

Cuando Noubar Afeyan, director general de Flagship Ventures en Cambridge, Massachusetts, se propuso inventar el combustible renovable ideal, decidió prescindir de los intermediarios. Los biocombustibles proceden, en última instancia, del dióxido de carbono y el agua, así que ¿por qué insistir en elaborarlos a partir de la biomasa—maíz, pasto o algas? "Lo que queríamos saber," afirma Afeyan, "es si podíamos diseñar un sistema capaz de convertir el dióxido de carbono directamente en cualquier combustible que quisiéramos."

La respuesta parece ser afirmativa, según apunta Joule Biotechnologies, la compañía que fundó Afeyan (también en Cambridge) para el diseño de este nuevo combustible. Mediante la manipulación y el diseño de genes, Joule ha creado microorganismos fotosintéticos que utilizan la luz solar para convertir el dióxido de carbono de manera eficiente en etanol o diesel—la primera vez que esto se ha hecho jamás, según señala la compañía. Joule cultiva los microbios en fotobioreactores que no necesitan agua dulce y ocupan sólo una fracción de los terrenos necesarios para los métodos basados en biomasa. Las criaturas secretan el combustible continuamente, por lo que su recolecta resulta sencilla. Los exámenes de laboratorio y los ensayos a escala reducida llevan a Afeyan a estimar que el proceso produciría 100 veces más combustible por hectárea que la fermentación de maíz para producir etanol, y 10 veces más que a partir de fuentes como los residuos agrícolas. Afirma que los costes podrían ser competitivos con los de los combustibles fósiles.

Si Afeyan tiene razón, los biocombustibles podrían ser una alternativa al petróleo en una escala mucho más amplia de lo que nunca hubiera parecido posible. El suministro de biocombustibles convencionales, tales como los derivados del maíz, se ve limitado por la gran cantidad de agua y tierras agrícolas necesarias para cultivar las plantas de las que están hechos. Y mientras que los biocarburantes avanzados requieren menos agua y no necesitan tierra de alta calidad, su potencial está limitado por los procesos múltiples, y de alto coste, necesarios para fabricarlos. Como resultado, la Agencia Internacional de Energía estima que en 2050, el biodiesel y el etanol sólo cubrirán el 26 por ciento de la demanda mundial de combustible para el transporte.

Los bioingenieros de Joule han equipado a sus microorganismos con un interruptor genético que limita el crecimiento. Los científicos les permiten multiplicarse sólo un par de días antes de activar el interruptor para desviar la energía de los organismos del crecimiento a la producción de combustible. Mientras que otras compañías tratan de cultivar la mayor cantidad de biomasa posible, Afeyan afirma querer "generar la menor cantidad de biomasa que pueda." A nivel retrospectivo, el método podría parecer obvio. De hecho, la startup Synthetic Genomics y un grupo académico en el Instituto de Biotecnología de la Universidad de Minnesota también están trabajando para que los combustibles se fabriquen directamente del dióxido de carbono. Joule espera tener éxito gracias al desarrollo de sus organismos y de sus fotobiorreactores desde cero, para que así funcionen perfectamente juntos.

Aún así, es una estrategia arriesgada, puesto que se aparta de los procesos ya establecidos. Por lo general, las startups se establecen con la determinación de hacer algo novedoso, afirma James Collins, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Boston y miembro del comité científico asesor de Joule, "y rápidamente pasan a tratar de encontrar algo que funcione ... algo no tan novedoso y que esté bien establecido." Afeyan, sin embargo, ha hecho que la empresa siga al frente de la innovación. Este verano, pasará de hacer ajustes a escala de laboratorio a una planta piloto al aire libre que en la actualidad se encuentra bajo construcción en Leander, Texas.

Tanto como capitalista de riesgo y técnico—que recibió su doctorado en ingeniería química de MIT en 1987—Afeyan es plenamente consciente de los retos a la hora de demostrar que un nuevo proceso puede operar económicamente y generar combustible en grandes volúmenes. Para minimizar los riesgos financieros, dirigió a Joule hacia un proceso modular que no requiere la instalación de plantas de demostración grandes y costosas.

"No estoy diciendo que sea fácil, o que esté a la vuelta de la esquina, porque llevo haciendo esto desde hace mucho tiempo", señala Afeyan. No obstante, cree que Joule tiene algo grande entre manos: un combustible renovable que podría competir con los combustibles fósiles en cuanto a costes y a escala. Afirma: "Tenemos los elementos de una tecnología potencialmente transformadora".

Fuente: technology Review

Despega el avión solar

Hoy ha despegado por primera vez desde el aeropuerto de Payerne, en Suiza, el avión desarrollado por Solar Impulse. El proyecto pretende dar la vuelta al mundo en un avión de escaso peso y cuya única fuente de energía es el Sol, gracias a unas placas solares que cubren completamente las alas del aparato. De momento, esta primera prueba de vuelo pretende verificar los cálculos de vuelo llevados a cabo por los ingenieros

La persona encargada de pilotar el prototipo de avión ha sido Markus Scherdel y la duración del vuelo, han explicado desde Solar Impulse, ha sido de 87 minutos. El avión ha alcanzado una altitud de 1.200 metros, lo que ha permitido comprobar si los cálculos matemáticos y simulaciones realizadas a cabo hasta el momento son correctas. Según ha explicado el piloto al bajar del avión, "este primer vuelo ha sido un momento muy intenso, después de siete años de investigación, pruebas y perseverancia"

El avión diseñado por Solar Impulse es muy ligero, apenas tiene un peso de 1.600 kilos (un Boeing 747 cuando despega pesa más de 400.000 kilos) y una envergadura de 60 metros. Sus alas están totalmente recubiertas de células fotovoltaicas, en total 12.000, que le permiten aprovechar la energía solar para volar. Está fabricado en fibra de carbono y posee una batería de polímeros de litio de unos 400 kilos que le permiten acumular suficiente energía durante el día para poder volar de noche.

El equipo de Solar Impulse está formado por unas 70 personas y unos 80 patrocinadores que trabajan juntos desde hace más de seis años para conseguir dar la vuelta al mundo en avión, movidos únicamente con energías renovables.

Fuente: Muyinteresante

STREAM

Los diseñadores en el mundo están trabajando en sistemas que pueden generar electricidad a partir de la corriente producida por la rafaga de aire que desarrollan los automóviles al ser conducidos. El sistema incorpora diferentes elementos que están recubiertas con una lámina de piezoeléctrico robusta, que se estira con ella se mueve. Cuando un coche pasa por la corriente de aire hace que los elementos para estirar y doblar, ya que genera electricidad.

El sistema está diseñado para las autopistas del futuro, que serán capaces de generar electricidad a partir de fuentes renovables de energía y los residuos de las estaciones de carga de coches eléctricos. El concepto corriente también mejorará el sentido estético en el rango de uso de la energía regenerativa.

Fuente: Legox

Nueva técnica para convertir la energía solar en azúcares

Ingenieros e investigadores de la Universidad de Cincinnati han desarrollado una nueva técnica para convertir la energía solar en azúcares. La metodología podría emplearse para producir biocombustibles con un mayor aprovechamiento del potencial energético, eliminando dióxido de carbono del aire y sin afectar superficies de tierra para cultivo. El avance se obtuvo al analizar una sustancia natural empleada por especies de ranas tropicales y plantas para aprovechar la energía solar

Un trabajo de especialistas de la Universidad de Cincinnati ha permitido desarrollar una nueva metodología para transformar la energía solar en azúcares, para posteriormente producir biocombustibles. La gran ventaja del sistema es que logra optimizar la generación de energía, disminuyendo el dióxido de carbono presente en el aire y sin requerir cultivos que puedan competir con el desarrollo de producciones de tipo alimenticio. El nuevo método nació de la observación de sistemas naturales que llevan adelante diferentes especies vegetales y ranas. Se sabe que durante mucho tiempo los agricultores han estado tratando de encontrar maneras de obtener más energía del sol, y esa obsesión se ha trasladado ahora a la producción de energías alternativas, como los biocombustibles o la energía solar. El propósito es incrementar la eficiencia de este tipo de producción energética. Los expertos de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas y el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Cincinnati han creado una revolucionaria metodología para tomar la energía del sol y el dióxido de carbono del aire para crear nuevas formas de biocombustibles. El avance, difundido a través de una nota de prensa de la Universidad de Cincinnati y publicado en los medios especializados Nano Letters y Science Daily, se ideó gracias a el comportamiento de una especie de ranas tropicales y distintas variedades de plantas, que aprovechan la fotosíntesis para generar una sustancia natural de gran eficacia energética.

Desde la naturaleza Justamente, el trabajo se centró en desarrollar en laboratorio esa sustancia a través de fotosíntesis artificial. Las plantas, bacterias, hongos y ranas estudiadas emplean una espuma específica producida en forma natural, que se utiliza para producir azúcares a partir de la luz solar y el dióxido de carbono. La sustancia en cuestión se coloca en una estructura que permite concentrar los reactivos, logrando una captación muy efectiva de los componentes requeridos en la luz solar y el aire. Justamente, el diseño se basó en los nidos de espuma que crea la rana semi-tropical Tungara, empleándolos durante el crecimiento de los renacuajos en desarrollo. La ventaja principal del nuevo sistema, desarrollado en forma artificial, es que toda la energía solar captada se transforma en azúcares, mientras que en el entorno natural los organismos deben desviar una gran cantidad de energía a otras funciones para mantener su vida y reproducirse. Asimismo, la espuma indicada suma otro gran beneficio: no se requieren cultivos. De esta manera, la producción de alimentos no se ve interrumpida, cuando justamente este punto es uno de los que concentra las mayores críticas con relación al desarrollo de los biocombustibles, una de las energías alternativas más difundidas a nivel mundial.

Ecología y eficiencia energética El sistema también funciona en ambientes con un alto nivel de dióxido de carbono, cuando en la naturaleza esta condición detendría el proceso de fotosíntesis. Es así que esta sustancia y el proceso desarrollado en forma artificial en Cincinnati podrían ser efectivos en entornos como centrales carboeléctricas, por ejemplo. Los azúcares producidos pueden utilizarse para el desarrollo de etanol y otros biocombustibles, eliminando el dióxido de carbono del aire y manteniendo las tierras de cultivo actuales para la producción de alimentos. Un doble beneficio, tanto desde el costado ecológico como desde una mayor eficiencia en la producción energética. Según los ingenieros encargados de la investigación, esta nueva tecnología crea una forma económica y ecológica de aprovechar la fisiología de los sistemas vivos para desarrollar una nueva generación de sustancias y materiales a emplear en la producción de energías alternativas. La nueva forma para obtener energía solar, que toma el funcionamiento de estructuras naturales para desarrollar métodos de ingeniería energética, se podría emplear además en el futuro para producir petróleo o hasta alimentos, si se logra que la tecnología sea viable para aplicaciones a gran escala y de mayor complejidad.

Fuente: Tendencias21
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