El avance español que permite aprovechar el calor perdido para generar electricidad

Intentar abastecernos al 100 % gracias a la energía limpia es uno de los hitos a los que se quiere llegar en los próximos años. Aunque los países aún tienen mucha dependencia de combustibles fósiles, es cierto que en la última década la producción renovable se ha incrementado notablemente y ya supone el 49,9 % de la electricidad consumida en Europa, según algunas estimaciones.

No obstante, para intentar llegar a ese llamado cero neto, las potencias deberán hacer un sobreesfuerzo para dar con otras fuentes de energía limpia que puedan cubrir la demanda diaria. Los científicos se afanan en investigar para hallar nuevas fórmulas, y es lo que ha ocurrido con un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

Este grupo ha desarrollado un método sencillo y escalable para fabricar películas delgadas de seleniuro de plata y seleniuro de cobre capaces de ofrecer elevadas prestaciones termoeléctricas a temperatura ambiente. La investigación abre la puerta a utilizar estos materiales para recuperar parte de la energía que actualmente se pierde en forma de calor en distintos procesos y dispositivos.

El trabajo, publicado en la revista Materials Today Energy, demuestra que el control preciso de las condiciones de electrodeposición permite modificar la composición, la estructura cristalina y la microestructura de estos materiales y, con ello, mejorar de manera significativa su capacidad para transformar una diferencia de temperatura en electricidad.

La electrodeposición es un proceso electroquímico que permite recubrir un objeto conductor con una fina capa de material mediante el uso de corriente eléctrica. En este caso, los investigadores han empleado esta técnica para obtener películas termoeléctricas a partir de disoluciones acuosas y sin necesidad de recurrir a procesos industriales especialmente complejos.

Los materiales termoeléctricos aprovechan el llamado efecto Seebeck, por el que una diferencia de temperatura entre dos puntos puede generar una corriente eléctrica. Esta propiedad los convierte en materiales de interés para aprovechar el calor residual que producen numerosas máquinas, instalaciones y dispositivos y que, en muchos casos, termina disipándose en el ambiente.

Entre sus potenciales aplicaciones se encuentran la recuperación de calor en procesos industriales, el aprovechamiento de la energía térmica de equipos domésticos y electrónicos y la fabricación de pequeños dispositivos capaces de funcionar de manera autónoma.

Un método sencillo

Una de las principales ventajas del nuevo método está precisamente en su proceso de fabricación. Las películas se producen mediante electrodeposición a temperatura ambiente y a partir de disoluciones acuosas, lo que permite evitar las cámaras de vacío y los tratamientos a altas temperaturas que requieren otras técnicas de fabricación y que pueden incrementar la complejidad y el coste del proceso.

«La electrodeposición es una técnica sencilla, que se realiza con equipos relativamente simples y pequeñas cantidades de reactivos. Además, podemos controlar la composición, su estructura cristalina y la morfología de los materiales modificando las condiciones del proceso», explica la investigadora del CSIC en el Instituto de Micro y Nanoelectrónica (IMN) Cristina V. Manzano.

Según la investigadora, estas características convierten la electrodeposición en una alternativa con potencial para avanzar hacia una fabricación más escalable y fácilmente adaptable a las necesidades de la industria.

Los resultados obtenidos también destacan por sus prestaciones. En el caso del seleniuro de plata, el factor de potencia alcanzado sitúa al material entre los que presentan un mayor rendimiento termoeléctrico de tipo n registrado a temperatura ambiente. En cuanto al seleniuro de cobre, los valores obtenidos multiplican por cinco las mejores marcas anteriores logradas mediante electrodeposición.

El equipo analizó además la reproducibilidad y estabilidad del procedimiento. Para ello realizó distintas series de muestras a lo largo de un año y comprobó que los resultados se mantenían dentro del margen de error experimental. Después de ocho meses y 40 ciclos de variación térmica, las propiedades apenas habían cambiado: la conductividad eléctrica solo varió un 2 % y el coeficiente Seebeck, un 6 %.

«El resultado demuestra el potencial de estos materiales para aplicaciones de aprovechamiento de calor residual, aunque todavía es necesario optimizar la arquitectura de los dispositivos y estudiar en mayor profundidad el transporte térmico direccional», señala la investigadora del CSIC en el IMN Marisol Martín.

Los investigadores apuntan a distintos usos futuros, desde generadores termoeléctricos compactos para sensores autónomos y dispositivos del Internet de las Cosas (IoT) hasta sistemas para recuperar energía en procesos industriales. También podrían integrarse en dispositivos electrónicos portátiles y tecnologías wearable, capaces de aprovechar pequeñas diferencias de temperatura para generar electricidad.