Tecnología: impulsando el futuro de la energía

Jan 24, 2024

En lo profundo del núcleo del sol, dos protones de átomos de hidrógeno chocan violentamente. Bajo una inmensa presión, se fusionan y liberan grandes cantidades de energía en un proceso conocido como fusión nuclear. Viajando a la velocidad de la luz, parte de esta energía solar llega a la Tierra, donde alimenta nuestro planeta. Desde las teteras hasta los automóviles, casi toda la energía de la que dependemos se origina en el sol: los combustibles fósiles alguna vez fueron plantas energizadas por la fotosíntesis; los paneles solares absorben la luz solar y la convierten en electricidad; incluso los parques eólicos y las centrales hidroeléctricas dependen de la energía del sol para calentar la tierra y el mar para crear los ríos alimentados por el viento y la lluvia que mueven sus turbinas. Para alimentar nuestras vidas cada vez más electrificadas, hay una gran cantidad de fuentes de energía limpia y renovable a las que podemos recurrir. Y la tecnología está a la vanguardia para aprovechar esta energía renovable de manera más eficiente.

Los paneles solares son una de las energías renovables más omnipresentes y ya generan más del 3,5 por ciento de la electricidad mundial. Pero hay margen de mejora: capturar solo una hora de la luz solar del mundo alimentaría al planeta durante un año. No solo se están instalando más paneles solares, sino que la tecnología también está encontrando formas de hacerlos más eficientes. La colocación de lentes hexagonales en el revestimiento de vidrio protector de un panel, por ejemplo, puede concentrar la luz entrante para lograr una tasa de eficiencia de alrededor del 30 por ciento, en comparación con un estándar de la industria del 15 al 22 por ciento. Agregar capas delgadas de silicio a ambos lados de una celda solar aumenta su eficiencia a alrededor del 25 por ciento.

Sin embargo, con el silicio, uno de los componentes que consumen más energía de los paneles solares tradicionales, la ciencia ha desarrollado una alternativa utilizando cristales de perovskita. Estos pueden hacerse tanto transparentes como flexibles, brindando la posibilidad de materiales de construcción fotovoltaicos como ventanas y tejas, e incluso telas portátiles. Otro gran avance ha sido la tecnología PERC (célula trasera de emisor pasivado), que refleja la luz no absorbida de regreso a la célula solar para una segunda oportunidad de conversión en electricidad. PERC también permite que los paneles solares sean bifaciales: capturan la luz solar en ambos lados con tecnología de seguimiento solar que mueve el panel para garantizar la máxima exposición.

Entre las formas más reconocibles de energía renovable se encuentra la energía eólica, siendo las turbinas eólicas una característica cada vez más común tanto en los paisajes como en las costas. El viento ya genera más del seis por ciento de la electricidad mundial y se están desarrollando tecnologías que harán que las turbinas eólicas sean más baratas, más eficientes y más potentes. Se ha prestado especial atención a las palas que captan la energía cinética del viento, con mejoras tecnológicas, incluida la impresión 3D, que permiten construir palas más largas y ligeras para lograr una mayor eficiencia. La investigación también ha agregado una punta suavemente curvada a la pala que la ayuda a aprovechar al máximo incluso los vientos ligeros, y palas inteligentes que pueden ajustarse al flujo del viento para un rendimiento máximo.

El modelado por computadora de la física compleja del flujo del viento no solo determina las mejores ubicaciones para la energía eólica, sino también la configuración precisa de las turbinas eólicas para maximizar el viento que capturan a medida que fluye a través de la granja. Incluso se han desarrollado turbinas deflectoras de viento que desvían el viento que golpea la torre hacia las palas para aprovechar aún más energía. Más allá de esto, los desarrollos futuros que se están explorando incluyen Airborne Wind Energy que funciona como una cometa, la ausencia de una torre hace que sea más barato de implementar y capaz de alcanzar altitudes más altas donde los vientos suelen ser más fuertes.

Con mucho, el mayor productor de energía renovable es la energía hidroeléctrica, con agua corriente que genera alrededor del 17 por ciento de la electricidad mundial. A pesar de tener más de un siglo de experiencia a sus espaldas, la tecnología hidroeléctrica sigue mejorando. Una de las mayores oportunidades es la energía hidroeléctrica de baja altura que puede generar electricidad incluso con una pendiente suave. El desarrollo de un sistema de tornillo hidrodinámico de Arquímedes, en el que el agua fluye por el tornillo y lo gira a medida que desciende, ha demostrado la eficacia con la que se puede implementar la energía hidroeléctrica de baja altura para generar energía hidroeléctrica a pequeña escala y generalizada.

El uso de la tecnología para recopilar y analizar datos también está mejorando la eficiencia: muchas plantas hidroeléctricas tienen décadas de antigüedad, por lo que evaluar los detalles de su deterioro puede prevenir problemas de manera proactiva. Aún más, las herramientas analíticas como el pronóstico hidrológico, el análisis estacional de sistemas hidroeléctricos, la programación diaria y las operaciones en tiempo real están ayudando a las plantas hidroeléctricas a operar de manera más eficiente. Esto se vuelve aún más importante con el cambio climático trayendo flujos de agua más variables y extremos, para lo cual el pronóstico del tiempo de alta tecnología será crucial.

Con toda esta energía procedente del sol, los científicos están trabajando para imitar la fusión nuclear del sol en la Tierra. Considerada durante mucho tiempo como material de ciencia ficción, la realidad de la fusión nuclear que proporciona energía segura y abundante en la Tierra es cada vez más una cuestión de 'cuándo' y no de 'si'. Un proyecto que trabaja para demostrar la viabilidad de la fusión nuclear es ITER, el Reactor Experimental Termonuclear Internacional. Asumiendo uno de los mayores desafíos técnicos y tecnológicos jamás enfrentados, el proyecto ITER reúne a científicos de todo el mundo para construir la máquina más grande del mundo de su tipo, el ITER Tokamak. Aquí es donde los isótopos de hidrógeno se calentarán a 150 millones de grados centígrados, fusionándose teóricamente para liberar 10 veces más energía de la que absorben. Con más de un millón de componentes y 10 millones de partes, la tecnología es clave para un proyecto de esta escala. Y la empresa de servicios tecnológicos Capgemini lleva años trabajando con el ITER.

Capgemini se asocia con empresas y organizaciones para transformar sus actividades aprovechando el poder de la tecnología. Al trabajar con ITER, Capgemini ha brindado una gran cantidad de apoyo para hacer realidad su visión al combinar la experiencia en ingeniería, tecnología y gestión de proyectos. Desde apoyar la construcción de edificios técnicos hasta aplicar conocimientos avanzados de ingeniería para garantizar que las visiones de científicos e ingenieros sean factibles, Capgemini ha trabajado con ITER durante más de una década para hacer realidad este proyecto sin precedentes. También ha estado desarrollando las características de un gemelo digital, una copia digital precisa del Tokamak propuesto. Reuniendo todos los datos disponibles de manera que sea accesible para todos los involucrados, el gemelo digital permitirá probar cada elemento, simulando las etapas de construcción y mejorando el diseño identificando y resolviendo problemas. Al colocar todos los datos en una única fuente unificada, Capgemini permitirá que ITER tome decisiones más informadas y mejore la eficiencia y el rendimiento general del proyecto. La visión es que el gemelo digital sea un componente crítico para hacer operativo este experimento para las generaciones venideras.

A medida que el mundo busca poner fin a su dependencia de los combustibles fósiles, las mejoras que se están realizando en la energía solar, eólica e hidroeléctrica, junto con la promesa de la fusión nuclear, son cruciales para alcanzar el Objetivo de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas de ser asequible, fiable, sostenible y eficiente. energía moderna para todos. Tenemos la capacidad de generar energía libre de carbono: el sol ha proporcionado la respuesta, y la tecnología está ayudando a desbloquearla.