Cuando el calor se convierte en electricidad a 1000 °C
Nuevas perspectivas para producir electricidad a partir del calor residual industrial
Junto con la Universidad Técnica de Hamburgo y la Universidad de Aalborg, investigadores del Helmholtz-Zentrum Hereon han desarrollado un nuevo emisor selectivo basado en el iridio para la termofotovoltaica. El iridio se utilizó así por primera vez como material para un emisor, y en los experimentos demostró una resistencia especial a altas temperaturas, en torno a los 1000 °C. Los resultados de su estudio se publicaron en la revista Advanced Materials y abren nuevas perspectivas para producir electricidad a partir del calor.
La conversión del calor en electricidad es el principio de la termofotovoltaica. Para aprovechar eficazmente el calor en forma de energía radiante, se necesitan los llamados emisores selectivos. Se sitúan entre la fuente de calor y la célula fotovoltaica y emiten sólo una parte de la radiación, suprimiendo la otra. El reto es que la conversión de calor en electricidad se produce a altas temperaturas, en torno a los 1.000 °C, por lo que el emisor debe ser capaz de soportarlas sin perder la precisión de su selectividad. En colaboración con la Universidad Técnica de Hamburgo (TUHH) y la Universidad de Aalborg, los investigadores del Helmholtz-Zentrum Hereon han logrado producir un nuevo emisor basado en el resistente metal iridio que puede soportar estas condiciones sin perder su eficacia.
"Con el iridio abordamos ambos aspectos a la vez: la selectividad y la estabilidad térmica", afirma Alexander Petrov, que trabaja en propiedades ópticas de materiales en la TUHH. "Los emisores selectivos basados en iridio suprimen muy bien la radiación no deseada y no reaccionan con el oxígeno. El iridio es un metal precioso como el oro, pero adecuado para aplicaciones de alta temperatura".
"Al evitar los efectos adversos de la oxidación, hemos desbloqueado el potencial de sistemas más eficientes y sostenibles", informa Gnanavel Vaidhyanathan Krishnamurthy, autor principal del estudio y científico del Helmholtz-Zentrum Hereon. "Esta innovación abre las puertas a nuevas posibilidades en la recuperación de calor residual, la generación de energía solar térmica y mucho más".
La función del emisor
En la termofotovoltaica, al igual que en la fotovoltaica, la energía radiante se convierte en electricidad mediante una célula fotovoltaica. Sin embargo, en la termofotovoltaica la energía radiante no procede del sol, sino de una fuente de calor, como la que se utiliza en la industria siderúrgica. El emisor se encuentra entre la fuente de calor y la célula solar. Está formado por varias capas muy finas (de metal y óxido alternativamente), que deben permanecer inalteradas a altas temperaturas para permitir la conversión del calor en electricidad. Para ello, lo ideal es que sólo emita fotones de onda corta y suprima los de onda larga, es decir, que tenga un efecto selectivo. Esto es importante porque la célula fotovoltaica no es capaz de convertir la radiación de onda larga en electricidad. Sin embargo, a altas temperaturas, la mayoría de los metales se oxidan y la función del emisor falla. Como demostraron los investigadores, el nuevo emisor selectivo fabricado con iridio y óxido de hafnio mantiene su función durante 100 horas a 1000 °C: el metal resiste las duras condiciones sin sufrir pérdidas, como demostraron los investigadores al examinarlo con rayos X. El desarrollo con éxito de emisores selectivos basados en iridio es un paso importante hacia el ulterior desarrollo de la termofotovoltaica.
En la transición a las energías renovables, garantizar un suministro constante de energía es de gran importancia. La termofotovoltaica no sólo podría generar electricidad a partir del calor residual industrial, sino que también contribuiría de forma importante a la conversión del suministro energético en energías renovables. En este caso, la energía generada por la fotovoltaica y los aerogeneradores, que fluctúa de forma natural con el tiempo, se almacena temporalmente en depósitos de calor para volver a extraerla más tarde -cuando no brilla el sol o no sopla el viento- y convertirla en energía eléctrica, que estará disponible de forma continua, mediante la termofotovoltaica, y estabilizar así las redes energéticas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Gnanavel Vaidhyanathan Krishnamurthy, Manohar Chirumamilla, Tobias Krekeler, Martin Ritter, Ragle Raudsepp, Mauricio Schieda, Thomas Klassen, Kjeld Pedersen, Alexander Yu. Petrov, Manfred Eich, Michael Störmer; "Iridium‐Based Selective Emitters for Thermophotovoltaic Applications"; Advanced Materials, 2023-9-8
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