Científicos de la Universidad de Colorado han aprovechado una propiedad de los electrones parecida a la de los poltergeist para diseñar dispositivos capaces de capturar el exceso de calor de su entorno y convertirlo en electricidad usable.
Estos dispositivos, que son demasiado pequeños para verlos a simple vista, son aproximadamente 100 veces más eficientes que otras herramientas similares usadas para la captación de energía. Y lo logran mediante un misterioso proceso llamado «tunelización resonante», en el que los electrones atraviesan la materia sólida sin consumir energía.
«Entran como fantasmas«, afirma la autora principal, Amina Belkadi, que acaba de obtener su doctorado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Informática y Energética (ECEE).
Las rectenas (abreviatura de «antenas rectificadoras»), explicó, funcionan un poco como las antenas de radio de los coches. Pero en lugar de captar las ondas de radio y convertirlas en melodías, las rectenas ópticas absorben la luz y el calor y los convierten en energía.
También son un potencial cambio en el mundo de las energías renovables. En teoría, podrían aprovechar el calor procedente de las chimeneas de las fábricas o de los hornos de las panaderías, que de otro modo se desperdiciaría.
Algunos científicos han propuesto incluso montar estos dispositivos en naves aéreas que volarían por encima de la superficie del planeta para capturar la energía que irradia la Tierra al espacio exterior.
Pero, hasta ahora, no han podido alcanzar la eficiencia necesaria para cumplir esos objetivos. Hasta ahora, quizás. En el nuevo estudio, Belkadi y sus colegas han diseñado las primeras rectenas capaces de generar energía.
Demostramos por primera vez que los electrones experimentan un túnel resonante en una rectenna óptica que recoge energía. Hasta ahora, sólo era una posibilidad teórica.
Amina Belkadi
El coautor del estudio, Garret Moddel, profesor de ECEE, dijo que el estudio es un gran avance para esta tecnología.
Esta innovación supone un paso importante para hacer más prácticas las rectenas. Ahora mismo, la eficiencia es realmente baja, pero va a aumentar.
Garret Moddel
Belkadi explicó que, en una rectena tradicional, los electrones deben atravesar un aislante para generar energía. Estos aislantes añaden mucha resistencia a los dispositivos, lo que reduce la cantidad de electricidad que los ingenieros pueden sacar.
En el último estudio, sin embargo, los investigadores decidieron añadir dos aislantes a sus dispositivos, no sólo uno. Esto tuvo el efecto contraintuitivo de crear un fenómeno energético llamado «pozo» cuántico. Si los electrones alcanzan este pozo con la energía adecuada, pueden usarlo para hacer un túnel a través de los dos aislantes, sin experimentar ninguna resistencia en el proceso. Es como un fantasma que atraviesa una pared sin ser molestado. Un estudiante de posgrado del grupo de investigación de Moddel había teorizado anteriormente que ese comportamiento espectral podría ser posible en los rectángulos ópticos, pero, hasta ahora, nadie había sido capaz de demostrarlo.
Si se eligen bien los materiales y se consiguen con el grosor adecuado, se crea una especie de nivel de energía en el que los electrones no encuentran resistencia. Simplemente pasan a toda velocidad.
Amina Belkadi
Y eso significa más potencia. Para probar el efecto, Belkadi y sus colegas colocaron una red de unas 250.000 rectenas, con forma de pajarita, en una placa caliente del laboratorio. A continuación, aumentaron el calor.
Los dispositivos fueron capaces de capturar menos del 1% del calor producido por la placa caliente. Pero Belkadi cree que esas cifras sólo van a aumentar.
Si usamos materiales diferentes o cambiamos los aislantes, podremos hacer ese pozo más profundo. Cuanto más profundo sea el pozo, más electrones podrán pasar hasta el final.
Amina Belkadi
Moddel está deseando que llegue el día en que las rectenas se pongan encima de todo, desde paneles solares en el suelo hasta vehículos más ligeros que el aire: «Si se puede capturar el calor que irradia el espacio profundo, se puede obtener energía en cualquier momento y en cualquier lugar«.
Más información: www.nature.com
Vía www.colorado.edu
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