Continuamos con nuestra línea editorial de 2021 sobre disruptores de ahora y siempre y su influencia en el presente de la energía. Este mes, dedicamos nuestro post a Richard Feynman y su investigación y visión futura sobre la nanotecnología.
Para tratar el tema, hemos entrevistado a Hüseyin Alagöz, Director de Tecnología de la empresa Nanografi Nano Teknoloji, el cual nos proporcionó una visión sobre cómo la nanotecnología puede ser aplicada a las energías renovables.
Una pregunta rápida antes de entrar en el tema, ¿podrías explicar a nuestro público qué es la nanotecnología?
Nanotecnología es el diseño, caracterización, producción y aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas a escala nanométrica (escala atómica, molecular y macromolecular) lo que produce estructuras, dispositivos y sistemas que tienen como mínimo una característica o propiedad novedosa o superior.
Aunque en el mundo natural hay muchos ejemplos de estructuras de dimensiones nanométricas (nanoescala de aquí en adelante), como moléculas esenciales en el cuerpo humano o componentes de alimentos y, aunque durante años muchas tecnologías incluían estructuras a nanoescala por casualidad, no fue hasta el último cuarto del siglo XX cuando fue posible modificar moléculas y estructuras de una manera activa e intencionadamente. Es el control de la escala nanométrica lo que distingue la nanotecnología de otras áreas tecnológicas.
En Norvento desarrollamos instalaciones de energía solar, eólica, bioenergía e hidráulica. ¿Cómo puede la nanotecnología beneficiar a este tipo de proyectos renovables?
La nanotecnología puede usarse para mejorar las energías renovables. Por ejemplo, la eficiencia de la energía eólica puede mejorarse usando nanomateriales más ligeros y fuertes en la fabricación de palas. La agricultura de nano-precisión puede optimizar los cultivos usados para producir biocombustibles. Los nano-recubrimientos pueden ser usados para prevenir la corrosión de los equipos de energía mareomotriz, mientras que los nanocompuestos se usan para mejorar la resistencia de la maquinaria perforadora usada en geotermia.
Además, los catalizadores nanoestructurados se usan para aumentar la eficiencia de las células de combustible, mientras que otros nanomateriales porosos se usan en el almacenamiento de hidrógeno. Los nanofluidos mejoran la eficiencia de la transferencia de calor en colectores solares y los puntos cuánticos y nanotubos de carbono mejoran las propiedades de absorción de las células solares.
La nanotecnología permite también el desarrollo de sistemas de energía portátiles, tan eficientes como los de gran escala. El desarrollo de sistemas de energía renovable económicos contribuirá a conseguir los objetivos energéticos y reducir el efecto destructor de las actividades humanas.
Uno de los grandes desafíos de los dispositivos de captación de energía solar es la falta de propiedades absorbentes de los fluidos convencionales lo que reduce la eficiencia de estos dispositivos. Hoy en día, este problema puede ser resuelto fácilmente y de manera efectiva gracias a la nanotecnología. El aumento del área de las superficies y el ratio de nanopartículas mejora la eficiencia al exponer más superficies conductoras a la luz del sol.
La nanotecnología también aumentará la eficiencia de las células solares al usar materiales como el seleniuro de plomo, ya que estos materiales liberan más electrones (por consiguiente, más electricidad) cuando un fotón choca con ellos.
En la energía eólica, el viento hace girar una turbina para generar electricidad. Uno de los factores que afectan a la capacidad de producción de estos sistemas son las cargas mecánicas. El uso de nanotubos de carbono, que son más ligeros y duraderos, aumenta la eficiencia de estos sistemas.
La nanotecnología también se usa en la catálisis de la conversión de biomasa para generar biocombustibles y reducir sus emisiones. Por ejemplo, añadir aditivos de óxido de cerio al biodiesel reduce sus emisiones de hidrocarburos y NOx. Las nanopartículas de óxidos metálicos, nanopartículas de valencia cero y nanopartículas de base de carbono se usan de manera experimental en los procesos de digestión anaeróbica para aumentar la eficiencia de la producción de biodiesel. Además, los catalizadores de base de carbono también tienen un uso potencial en la producción de biodiesel.
Estamos en medio de una transición energética en la que el almacenamiento de energía va a ser un factor clave si queremos alcanzar un 100% de energía renovable, ¿tiene también la nanotecnología aplicaciones en este campo?
La generación de energía primaria mundial en un sistema 100% renovable consistirá en el siguiente mix energético: energía solar (69%), eólica (18%), hidráulica (3%), bioenergía (6%) y geotermia (2%).
Las energías renovables son las fuentes de energía más prometedoras para reducir el consumo de combustibles fósiles. Sin embargo, es necesario mejorar los sistemas de energía renovable. La nanotecnología proporciona soluciones a los problemas más importantes de estos sistemas. La eficiencia de algunos sistemas de energía renovable puede mejorarse gracias al uso de nanomateriales. Además, reduciendo el tamaño de los sistemas se podrían producir dispositivos portátiles más ligeros. El desarrollo de aplicaciones verdes a precios económicos puede abrir las puertas a un futuro sostenible. En resumen, la nanotecnología tiene el potencial de mejorar los sistemas de energía renovable.
Materiales aislantes producidos con nanotecnología ahorran más del 30% de energía que los materiales tradicionales. La eficiencia de las celdas de combustible se puede aumentar usando sensores de hidrógeno y membranas nanotecnológicas. Gracias a los nanomateriales, la eficiencia de los paneles solares se incrementa. La eficiencia del almacenamiento de hidrógeno también puede incrementarse usando nanoestructuras. Asimismo, se pueden minimizar las pérdidas energéticas en líneas eléctricas. Además, se puede ahorrar energía gracias a las propiedades aislantes de algunos nanomateriales.
En la actualidad, todo el mundo, desde los gobiernos a los científicos y empresas hablan del hidrógeno como el futuro de la energía, ¿podría también la nanotecnología jugar un papel en aplicaciones de hidrógeno?
El almacenamiento de hidrógeno es un reto ya que requiere temperaturas bajas y una presión elevada para mantenerse líquido. Otras propuestas para almacenar hidrógeno son los procesos de adsorción química y física, en este caso, la nanotecnología puede mejorar la eficiencia de ambos procesos. La adsorción física es la adsorción de moléculas por medio de interacciones débiles entre el adsorbato y el adsorbente. La eficiencia de la adsorción física mejora gracias a la amplia superficie y porosidad de los nanomateriales. Algunos de los nanomateriales de base de carbono que se usan en la adsorción física son los nanotubos de carbono, las nanofibras de carbono, aerogeles de carbono o las redes de grafeno bidimensionales. Además de nanoestructuras de base de carbono, se están investigando otros materiales para el almacenamiento de hidrógeno vía adsorción física como estructuras metalorgánicas, materiales de base de boro-nitrógeno (BN nanomateriales) y estructuras de polímeros orgánicos.
En la adsorción química, el hidrógeno se une químicamente con un hidruro. El mayor problema es que el proceso de desorción es muy lento, lo que se puede arreglar usando hidruros nanoestructurados. Para este proceso se suelen utilizar nanoestructuras de aleaciones metálicas, en particular nanopartículas de hidruro de magnesio.
¿Hay alguna otra innovación en nanotecnología en desarrollo que pueda tener aplicación en el sector de las energías renovables en un futuro?
Sí, hay muchas innovaciones en nanotecnología en desarrollo. Por ejemplo, en energía solar, se están desarrollando revestimientos basados en nanopartículas para plantas solares térmicas de alta eficiencia. En energía eólica, se está llevando a cabo investigaciones sobre nanotubos de carbono para aumentar la vida útil de las turbinas y nanolubricantes para los engranajes y la maquinaria pesada.
