Investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) han desarrollado una forma poco habitual de aprovechar la energía de las olas, con un cilindro que gira suavemente diseñado en torno al efecto triboeléctrico que provoca las descargas estáticas al pisar ciertas alfombras.
El equipo del PNNL ha creado un prototipo de un nuevo “nanogenerador triboeléctrico cilíndrico de frecuencia multiplicada” (FMC-TENG) diseñado específicamente para extraer energía de las olas de baja frecuencia en mar abierto.
Según lapublicación,no son dispositivos de megavatios capaces de suministrar energía a la red eléctrica; el equipo espera que estas máquinas acaben siendo una forma práctica, ligera y barata de alimentar plataformas de vigilancia en mar abierto que podrían incluir varios sensores y un sistema de comunicaciones por satélite.
El efecto triboeléctrico (del prefijo tribo que hace referencia a roce o fricción) aún no se conoce del todo, y ocurre cuando se toma la manilla de una puerta y se siente una descarga eléctrica. Además, se sabe sobre qué materiales se emparejan para crear las cargas estáticas más fuertes.
La idea actual es que se produce cuando dos materiales diferentes intercambian electrones a nivel molecular, creando una atracción electrostática entre ellos. Al frotarse dos materiales, se separan antes de que esos electrones puedan volver a su lugar, por lo que queda una carga en la manilla de la puerta.
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El diseño
El FMC-TENG utiliza un diseño de cilindro dentro de un cilindro. El exterior es pequeño y el interior más grande, y están recubiertos de piel artificial y un material similar al teflón llamado etileno propileno fluorado (FEP), materiales seleccionados por su óptimo efecto triboeléctrico cuando se frotan entre sí.
El cilindro interior puede girar libremente y, cuando se mueve con respecto al exterior, se acumula electricidad estática que recogen los electrodos. El sistema de frenado magnético toma las oscilaciones de ondas lentas y las convierte en oscilaciones más rápidas y frecuentes entre los dos cilindros, amplificando la potencia triboeléctrica.
Ya se han construido y utilizado TENG de este tipo, pero para que este fuera eficaz en olas más lentas y uniformes, como las del mar abierto, el equipo del PNNL necesitaba amplificar la potencia, magnificando el movimiento entre los dos cilindros.
Para ello, frenó magnéticamente el movimiento del cilindro interior, impidiéndole girar hasta que alcanzó la cresta de la ola. En ese momento, con la máxima energía potencial, el imán suelta el cilindro y este retrocede mucho más deprisa de lo que lo haría normalmente.
De ese modo, una sola onda de movimiento lento puede transformarse en varias rotaciones más rápidas entre los dos cilindros, maximizando el efecto triboeléctrico. El resultado final es un TENG eficiente, capaz de generar más energía a partir de movimientos más lentos de las olas.
“El FMC-TENG es único porque hay muy pocos convertidores de energía de las olas que sean eficientes y capaces de generar una potencia significativa a partir de olas oceánicas de baja frecuencia”, afirma Daniel Deng, becario de laboratorio del PNNL y coautor del estudio.
“Este tipo de generador podría alimentar potencialmente boyas integradas con conjuntos de sensores para rastrear datos sobre el agua, el viento y el clima en mar abierto utilizando por completo energía oceánica renovable”, finalizó el investigador.
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