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Energía Solar: Científicos inician una forma de convertirla en combustible

Energía Solar

La búsqueda de nuevas formas de aprovechar la Energía Solar ha dado un paso adelante después de que los investigadores dividen el agua en hidrógeno y oxígeno al alterar la maquinaria fotosintética de las plantas.

La fotosíntesis es el proceso que usan las plantas para convertir la luz solar en energía. El oxígeno se produce como subproducto de la fotosíntesis cuando el agua absorbida por las plantas se “divide”.

Es una de las reacciones más importantes en el planeta porque es la fuente de casi todo el oxígeno del mundo. El hidrógeno que se produce cuando se divide el agua podría ser una fuente verde e ilimitada de energía renovable.

 

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Un nuevo estudio, dirigido por académicos en el St John’s College de la Universidad de Cambridge, utilizó la fotosíntesis semi artificial para explorar nuevas formas de producir y almacenar energía solar.

Utilizaron la luz solar natural para convertir el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando una mezcla de componentes biológicos y tecnologías hechas por el hombre.

La investigación ahora podría utilizarse para revolucionar los sistemas utilizados para la producción de energía renovable.

Un nuevo artículo, describe cómo los académicos del Laboratorio Reisner en Cambridge desarrollaron su plataforma para lograr una división de agua impulsada por energía solar sin asistencia.

Su método también logró absorber más luz solar que la fotosíntesis natural.

Katarzyna Sokól, primera autora y estudiante de doctorado en el St John’s College, dijo: “La fotosíntesis natural no es eficiente porque ha evolucionado simplemente para sobrevivir, por lo que genera la cantidad mínima de energía necesaria: alrededor del 1-2 por ciento de lo que podría potencialmente convertir y almacenar “.

La fotosíntesis artificial ha existido durante décadas, pero aún no se ha utilizado con éxito para crear energía renovable porque se basa en el uso de catalizadores, que a menudo son costosos y tóxicos.

Esto significa que aún no se puede utilizar para ampliar los resultados a un nivel industrial.

La investigación de Cambridge es parte del campo emergente de la fotosíntesis semi artificial, cuyo objetivo es superar las limitaciones de la fotosíntesis totalmente artificial mediante el uso de enzimas para crear la reacción deseada.

Sokól y el equipo de investigadores no solo mejoraron la cantidad de energía producida y almacenada, sino que lograron reactivar un proceso en las algas que ha estado inactivo durante milenios.

Ella explicó: “La hidrogenasa es una enzima presente en las algas que es capaz de reducir los protones a hidrógeno.

Durante la evolución, este proceso se ha desactivado porque no era necesario para la supervivencia, pero logramos evitar la inactividad para lograr la reacción que queríamos. – dividir el agua en hidrógeno y oxígeno “.

Sokól espera que los hallazgos permitan el desarrollo de nuevos modelos de sistemas innovadores para la conversión de energía solar.

Ella agregó: “Es emocionante que podamos elegir selectivamente los procesos que queremos y lograr la reacción que deseamos, que es de naturaleza inaccesible. Esta podría ser una gran plataforma para desarrollar tecnologías solares.

El enfoque podría utilizarse para unir otras reacciones para vea qué se puede hacer, aprenda de estas reacciones y luego construya piezas sintéticas y más robustas de tecnología de energía solar “.

Este modelo es el primero en utilizar con éxito la hidrogenasa y el fotosistema II para crear una fotosíntesis semi-artificial dirigida exclusivamente por energía solar.

El Dr. Erwin Reisner, Jefe del Laboratorio Reisner, miembro del St John’s College de la Universidad de Cambridge y uno de los autores del artículo describió la investigación como un “hito”.

Explicó: “Este trabajo supera muchos desafíos difíciles asociados con la integración de componentes biológicos y orgánicos en materiales inorgánicos para el ensamblaje de dispositivos semi artificiales y abre una caja de herramientas para desarrollar futuros sistemas para la conversión de energía solar “.

Energía del Sol y del Espacio

Energía del sol y del espacio

El Proyecto de Recolectar Energía Del Sol y el Espacio es gracias a los científicos de la Universidad de Stanford que han demostrado por primera vez que el calor del sol y la frialdad del espacio exterior se pueden recolectar simultáneamente con un solo dispositivo.

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Su investigación, publicada el 8 de noviembre en la revista Joule , sugiere que los dispositivos para la recolección de la energía del sol y del espacio no competirán por el espacio terrestre y, de hecho, pueden ayudarse mutuamente a funcionar de manera más eficiente.

La energía renovable es cada vez más popular como una alternativa económica y eficiente a los combustibles fósiles, con las tablas de energía solar como el favorito mundial. Pero hay otra sobrecarga poderosa de fuente de energía que puede realizar la función opuesta: el espacio exterior.

“Se reconoce ampliamente que el sol es una fuente perfecta de calor que la naturaleza ofrece a los seres humanos en la Tierra”, dice Zhen Chen, el primer autor del estudio, quien fue investigador postdoctoral en Stanford en el grupo de fanáticos de Shanhui y actualmente es un profesor en la Universidad del sudeste de China. “Es menos conocido que la naturaleza también ofrece al ser humano el espacio exterior como un disipador de calor perfecto”.

Los objetos emiten calor como radiación infrarroja, una forma de luz invisible para el ojo humano.

La mayor parte de esta radiación se refleja de vuelta a la Tierra por las partículas en la atmósfera, pero parte de ella se escapa al espacio, permitiendo que las superficies que emiten suficiente radiación dentro del rango infrarrojo caigan por debajo de la temperatura de su entorno.

La tecnología de enfriamiento radiativo refleja grandes cantidades de luz infrarroja, proporcionando una alternativa de aire acondicionado que no emite gases de efecto invernadero.

También puede ayudar a mejorar la eficiencia de las células solares, lo que disminuye el calentamiento de las células solares, si solo las dos tecnologías pueden coexistir pacíficamente en un techo.

Chen y sus colegas desarrollaron un dispositivo que combina el enfriamiento por radiación con la tecnología de absorción solar. El dispositivo consiste en un absorbedor solar de germanio en la parte superior de un enfriador radiativo con nitruro de silicio, silicio y capas de aluminio encerradas en un vacío para minimizar la pérdida de calor no deseada.

Tanto el absorbente solar como la atmósfera son transparentes en el rango del infrarrojo medio de 8-13 micras, ofreciendo un canal para que la radiación infrarroja del refrigerador radiativo pase al espacio exterior.

El equipo demostró que el dispositivo combinado puede proporcionar simultáneamente 24 ° C en calefacción solar y 29 ° C en enfriamiento radiativo, con el absorbedor solar mejorando el rendimiento del enfriador radiativo al bloquear el calor del sol.

“En una azotea, imaginamos que una célula fotovoltaica puede suministrar electricidad, mientras que el enfriador radiativo puede enfriar la casa en los calurosos días de verano”, dice Chen. por esta razón es una opción muy importante el recolectar energía del sol y del espacio al mismo tiempo

Si bien esta tecnología parece prometedora, Chen cree que todavía hay mucho trabajo por hacer antes de que pueda ampliarse para uso comercial.

Si bien el vacío que envuelve el dispositivo podría ampliarse con relativa facilidad, la ventana transparente a los rayos infrarrojos hecha de seleniuro de zinc sigue siendo demasiado costosa, y el absorbente solar y el enfriador por radiación también podrían diseñarse con materiales de alto rendimiento más baratos.

Chen cree que también es importante probar el uso de células fotovoltaicas en lugar de un absorbedor solar, una idea que aún no se ha demostrado. Pero a pesar de todos estos desafíos prácticos, el equipo cree que esta investigación demuestra que la energía renovable tiene un potencial de techo aún mayor de lo que se pensaba.

la recolección de la energía del sol y del espacio sera un avance significativo, “Creo que esta tecnología podría revolucionar la tecnología actual de células solares”, dice Chen. “Si nuestro concepto se demuestra y se amplía, la futura célula solar tendrá dos funciones en una: electricidad y refrigeración”.

Carretera Solar: ¿como esta compuesta?, proyectos en el mundo, ventajas y desventajas

carretera solar

Una carretera solar es una carretera cuya capa superior de pavimento está hecha de paneles fotovoltáicos.

La historia de esta idea de usar paneles solares en la red de carreteras se remonta a la década del 2000.

En este tiempo un par de estadounidenses crearon la compañía Solar Roadways.

Solar Roadways Incorporated es una compañía estadounidense con sede en Sandpoint, condado de Bonner en el estado de Idaho  de EE.UU.

Quienes desarrollan señales viales que producen energía solar para formar una carretera inteligente.

En mayo de 2014, Solar Roadways dio a conocer, un ambicioso proyecto para construir la primera carretera solar en los Estados Unidos y América.

La primera etapa de la carretera se inauguró en octubre de 2016 y ya es conocida como la mayor falla del país.

Ya que no produce energía y el 83% de sus paneles ya están dañados.

Sin embargo, se están llevando a cabo estos experimentos en varios países para secciones muy pequeñas de carretera.

Y ya se conocen exitosos proyectos de carreteras solares, por ejemplo:

La primera carretera solar:

La primera pista solar fue desarrollada de paneles solares para el recorrido de bicicletas.

La empresa Solar Road realizo la prueba el 21 de octubre de 2014, en Krommenie en Holanda.

El camino fue inaugurado oficialmente en noviembre de 2014 por el Ministro de Energía el holandés, Henk Kamp.

carretera solar

Proyecto de carretera solar en Francia:

Luego de experimentos en lugares  diferentes como pruebas pilotos, se inauguró en Tourouvre-au-Perche, Orne, Francia.

Un proyecto de carretera solar en un tramo de 1km y su presentación a la población fue en el mes de diciembre del año 2016.

Una dimensión de 2.800 m2 de paneles solares de la vía produce el equivalente a la iluminación publica de una ciudad de 5 mil habitantes.

Sin embargo, el proyecto de la carretera solar es criticado en cuanto a la eficiencia energética y los costos de construcción.

Se consideran muy alto ya que se lograron invertir 5 millones de euros.

De igual forma genera incertidumbre por la resistencia que pueda tener a largo plazo y lo resistente al tráfico de transporte pesado y variaciones climáticas (específicamente en invierno).

carretera solar

 En Mónaco: El camino de la energía del mañana.

El gobierno de Mónaco, realizo un proyecto llamado el “camino de la energía del mañana”, esta construcción genera una potencia eléctrica instantánea: 45kW, producción diaria: 3.44 kWh, una producción acumulada desde la puesta en marcha de 37,5 kW.

 En China: camino solar de 2km.

En China, Qilu Transportation Development Group  ha abierto un camino solar de dos kilómetros.

Esta carretera es una autopista rápida en el lado sur de la ciudad de Jinan , capital de la provincia de Shandong, China.

La sección con paneles fotovoltaicos consta de tres capas:

  • una capa de paneles solares
  • una de hormigón transparente similar al asfalto
  • una capa de sellado.

La regla de la carretera tiene tres capas: los paneles solares se instalan entre una capa de concreto transparente cuyas características se asemejan a las del asfalto y un aislante que las protege de la humedad.

Los constructores de carreteras en China incluso quieren diseñar caminos solares que puedan recargar de forma inalámbrica los automóviles eléctricos que se transportan sobre ellos.

Las tiras calefactoras eléctricas pueden derretir la nieve que cae sobre ellas.

Los diodos emisores de luz incrustados en la superficie pueden proporcionar señalización iluminada.

Con el objetivo de dirigir a los conductores a las salidas y alertarlos sobre la construcción y otros peligros del tráfico.

Se espera que la instalación, llevada a cabo por Qilu Transporation Development Group, produzca 1,000 megavatios por hora (MWh) de electricidad anualmente.

Suficiente para alimentar, según sus diseñadores, alrededor de 800 hogares chinos en energía.

Concretamente, se instalaron 5875 metros cuadrados de paneles fotovoltaicos miniaturizados.

Sobre un material aislante antes de cubrirse con una capa de hormigón transparente.

Un minibús puede conducir a 100 km/h como en una carretera convencional, con una distancia de parada comparable.

Mientras que, en la carretera solar francesa, la velocidad está limitada a 70 km/h debido al ruido excesivo.

Sin embargo, conductores encuestados subrayan que conducir a más de 100 km/h en este tipo de carretera no hay diferencia.

En comparación con una convencional, es decir, la distancia de frenado es casi idéntica también.

La superficie de estos paneles, hecha de un polímero complejo que se parece al plástico.

Tiene un poco más de fricción que una superficie de carretera convencional, según Zhang Hongchao, profesor de ingeniería de la Universidad Tongji en Shanghai.

El profesor Zhang, quien ayudó a desarrollar la superficie de la carretera de Pavenergy, dijo que la fricción podría ajustarse según sea necesario durante el proceso de fabricación para garantizar un nivel de agarre del neumático igual al del asfalto.

La ubicación del camino solar está en una larga curva en la parte inferior de una colina, no fue la primera opción de Pavenergy.

Pero el sitio fue elegido debido a su proximidad a una subestación de electricidad.

Esto con la intención de asegurar que estaría conectado a la red.

De igual forma China está agregando sitios de energía solar y eólica tan rápidamente en todo el país.

Ya que los proyectos de generación de energía más alejados de las subestaciones a veces enfrentan demoras de años en conectarse.

carretera solar

Ventajas

  • Ahorrar mucho terreno: generar electricidad en carreteras y calles, en lugar de campos y desiertos llenos de paneles solares.
  • Debido a que las carreteras atraviesan y rodean las ciudades, la electricidad podría usarse prácticamente al lado de donde se genera.
  • Eso significa que prácticamente no se perderá energía en la transmisión, como puede suceder con los proyectos en lugares remotos.
  • Las carreteras deben repavimentarse cada pocos años a un gran costo.
  • Por lo que la instalación de paneles solares duraderos podría reducir el precio del mantenimiento.
  • Las carreteras solares también podrían cambiar la experiencia de manejo.
  • Los paneles en una carretera probablemente tendrían que ser reemplazados con menos frecuencia que el asfalto.
  • Un camino solar puede producir alrededor de $ 15 al año en electricidad por cada metro cuadrado de paneles solares. Por lo tanto, podría pagarse por sí mismo.

Desventajas

  • Cuando más densa es la circulación, menos eficiente es el proceso: se quedan planos y son cubiertos intermitentemente por vehículos.
  • Los paneles solares en una carretera producen solo la mitad de la potencia que los techos inclinados hacia el sol.
  • Las carreteras solares deben reservarse para caminos soleados, pero con poca gente (tráfico).
  • Los paneles fotovoltaicos planos disponibles está lejos de ser ideal para el mejor rendimiento durante todo el año.
  • Son más caras que el asfalto. Cuesta alrededor de $ 120 por metro cuadrado, o alrededor de $ 11 por pie cuadrado.
  • No hay certeza si los paneles podrían soportar el impacto de millones de neumáticos cada año durante más de una década.
  • O en su defecto, podrían ser robados.

 

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