Novedades en la Física Medioambiental 2015 (II/II)

(Este artículo es continuación de Novedades en la Física Medioambiental 2015 (I/II). Te recomiendo que lo leas primero.)

Seguimos echando un vistazo a diversas maneras de combatir la degradación del medio ambiente mediante aplicaciones de la física.

Ahora se trata de mejorar la conversión de la luz solar en electricidad. Howard Branz se centra en la división espectral, que posiblemente sea el siguiente gran paso para utilizar la energía solar. Existe un grupo en el Instituto de Tecnología de California (Caltech) que utiliza espejos especiales para dividir la luz blanca en sus longitudes de onda constituyentes, que posteriormente hacen confluir en aparatos fotovoltaicos optimizados para rangos específicos de longitudes de onda. Esta técnica podría aumentar la eficiencia de una célula solar de aproximadamente un 5% a un 50%.

División de la luz en el espectro visible. [Foto de Fir0002 (talk) 
(Uploads) (Fir0002 (talk) (Uploads)) [GFDL, CC-BY-SA-3.0, 
GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons]

Otros equipos de investigación están tratando de llevar la idea más allá. Por ejemplo, después de que la luz visible del sol se absorba, la radiación infrarroja que queda se dirige a un captador térmico. En un futuro, podríamos necesitar estos adelantos tecnológicos para los edificios, la energía solar o la limpieza en seco, por ejemplo.

Existen otros científicos para los que generar electricidad sin producir dióxido de carbono no es suficiente. Preocupado por la cantidad en aumento de gases de invernadero en la atmósfera, Klaus Lackner está desarrollando nuevos materiales de membrana para eliminar dióxido de carbono del aire. Está trabajando en un aparato que, teóricamente, puede absorber dióxido de carbono mil veces más rápido que un árbol.

El año pasado Lackner fundó el Centro de Emisiones Negativas de Carbono en la Universidad Estatal de Arizona, donde él y su equipo han estado trabajando en la creación de diferentes prototipos para eliminar dióxido de carbono de forma eficiente y económica.

Su equipo ha estado experimentando con diferentes diseños de aparatos y resinas de intercambio aniónico que se enlazan con el dióxido de carbono. Las resinas se usan actualmente en la purificación del agua, pero son ideales para la captura de CO₂ porque el dióxido de carbono se puede extraer en agua ordinaria para su almacenamiento y la resina se puede reutilizar.

El prototipo que ha estado desarrollando usa una estructura de entramado semejante a la tela metálica hexagonal, para maximizar la superficie. Espera tener pronto un prototipo funcional en el techo de su edificio. Este tipo de aparato tiene varias ventajas: es totalmente pasivo, está formado por unidades más pequeñas que se pueden producir en masa y el material básico es muy, muy barato.

Sin embargo, el reto de limpiar la atmósfera del exceso de carbono es tremendo. Lackner estima que se necesitarían cien millones de sus aparatos tamaño contenedor para contrarrestar completamente la cantidad de dióxido de carbono que se ha ido acumulando durante los últimos 200 años.


Concentraciones de CO2: altas en rojo y bajas en azul.   [Por NASA/Goddard Space Flight Center (Goddard Multimedia) [Public domain], undefined]
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201505/environmental.cfm

Novedades en la Física Medioambiental 2015 (I/II)

El clima de la Tierra no es algo estático, sino que está cambiando continuamente. En la antigüedad, poco podíamos hacer salvo tratar de aguantar cuando el clima era adverso. Sin embargo, ahora hay muchas formas en que podemos minimizar los posibles efectos catastróficos del cambio climático. Y los físicos tienen en esta lucha un papel importante: desde reducir las emisiones de carbono en los países en vías de desarrollo, hasta introducir nuevas técnicas para aprovechar la energía del sol, pasando por la extracción del dióxido de carbono del aire.

Veamos algunos ejemplos con nombre y apellidos que ya están poniendo su grano de arena.

Ashok Gadgil es un físico de Berkeley cuyo trabajo ayuda a mejorar la salud global y el medio ambiente. Uno de los proyectos que encabezó fue el horno de Darfur, una estufa de madera barata y con buen rendimiento que se distribuyó por primera vez a los refugiados de los campamentos de Sudán.

Ashok Gadgil. [Foto de Junkchumbak (Own work)
[CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons]

Ashok diseñó las estufas para maximizar su eficiencia energética, ahorrando el combustible de madera, un bien escaso que es peligroso de recolectar en la árida zona del norte de África. En el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), Gadgil y su equipo diseñaron y probaron un horno de metal de 20 dólares que podía ser enviado a todo el mundo de forma muy económica.

Se estima que cocinar con estas estufas ahorra dos toneladas de carbono por estufa y por año comparado con el método tradicional de calentar una olla apoyada sobre tres piedras encima de un pequeño fuego. Hasta ahora, la empresa sin ánimo de lucro que manufactura y distribuye los hornos, Potential Energy, ha enviado más de 46 000 por toda la región y planea mandar otros 5000 antes de que acabe el año.

Ari Glezer (Instituto de Tecnología de Georgia) está desarrollando una fuente de energía limpia y renovable que aprovecha la potencia de los torbellinos en el desierto, lo que se conoce coloquialmente como diablos de polvo. Estos remolinos se forman espontáneamente, pero la idea del proyecto es crear un número determinado de ellos a voluntad.

Los diablos de polvo empiezan a generarse cuando una capa de aire caliente se forma justo encima de la superficie del suelo bañada por el sol. La capa de aire comienza a elevarse, pero pequeñas perturbaciones producen vórtices de aire cálido y frío.

Diablo de polvo en el desierto de Mojave (EE. UU.).
[Foto de Jeff T. Alu (Transferred from en.wikipedia to Commons.)
[GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons]

El montaje no gasta energía para crear el diablo de polvo artificial. Glezer y su equipo construyeron una estructura con paletas que se asemeja al interior de una turbina de agua y que dirije el aire caliente que sube hacia un vórtice que gira, induciendo artificialmente un diablo de polvo. Con un ventilador sujeto a un generador en la parte superior, el equipo ha sido capaz de acumular energía utilizable a partir del aire que se mueve hacia arriba. El vórtice se puede mantener siempre que se mantenga la estratificación térmica.

El equipo construyó la primera máquina Solar Vortex en Atlanta y después la envió en 2014 a Mesa (Arizona), donde se realizó con éxito la primera ronda de pruebas de mercado en el aire seco. La siguiente prueba utilizará una versión de cinco metros de diámetro. Posteriormente también se quiere probar si el aire húmedo funcionaría en el Solar Vortex.

Se espera que este tipo de generación de electricidad pueda llegar a competir en coste con la energía eólica convencional. Algunas otras de sus ventajas son que no se ve afectada por los cambios de velocidad del viento y que las nubes tienen sobre ella menos impacto que sobre la energía solar tradicional.

No te olvides de echar un vistazo a la segunda parte de este artículo para estar al tanto de más ejemplos de cómo los físicos luchan por reducir el impacto sobre el medio ambiente.
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Fuente:
http://www.aps.org/publications/apsnews/201505/environmental.cfm

Científicos muy preocupados por el medio ambiente

Algunos de estos científicos y ciudadanos están tan preocupados por el medio ambiente que han decidido crear una asociación para abordar los temas relacionados con ello: la Unión de Científicos Preocupados (UCS, por sus siglas en inglés^[1]). Se trata de una organización sin ánimo de lucro que busca soluciones para los problemas medioambientales. Y uno de ellos está relacionado con la forma de obtener la energía que tanto apreciamos.

Foto: janie.hernandez55/Flickr/CC

Hay mucha gente que piensa que las opciones energéticas que tomamos tienen implicaciones directas o indirectas sobre nuestra salud, nuestros trabajos, el medio ambiente, etc. Energía limpia, energía verde, energía nuclear, energía X, ... ¿Cuál elegirías tú si pudieras?

En general, la meta de la UCS es utilizar la ciencia (de forma rigurosa e independiente) para resolver los problemas más urgentes de nuestro planeta. Combinando análisis técnicos y apoyos sociales, tratan de buscar soluciones innovadoras y prácticas para lograr un futuro sano, seguro y sostenible. Puedes echar un vistazo a su página web para saber más de ellos: información sobre los problemas actuales, posibilidades, qué se puede hacer.

Union of Concerned Scientists (Facebook)

http://www.ucsusa.org/clean_energy/

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Fuente:
http://www.facebook.com/worldscientific

1. ^{^} Union of Concerned Scientists.