Fuente: Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) OffShore Energy. Amir Garanovic. 13/01/2023
Los investigadores del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) están desarrollando un nuevo nanogenerador triboeléctrico cilíndrico (TENG), una pequeña central eléctrica que convierte la energía undimotriz en electricidad para alimentar dispositivos en el mar.
El nanogenerador de PNNL aprovecha la energía del océano para alimentar sensores, se espera que las versiones más grandes del generador se utilicen para alimentar los sistemas de observación y comunicaciones del océano, incluida la telemetría acústica y satelital.
Daniel Deng, miembro del laboratorio del PNNL y co-desarrollador del nuevo dispositivo TENG y su equipo han desarrollado un nanogenerador triboeléctrico cilíndrico pendiente de patente (FMC-TENG), que utiliza imanes cuidadosamente colocados para convertir la energía de manera más eficiente que otros TENG cilíndricos y transformar las lentas y variables ondas de mar en energía eléctrica.
“Los TENG son de bajo costo, livianos y pueden convertir de manera eficiente ondas lentas, aleatorias en energía, lo que los hace particularmente adecuados para alimentar dispositivos en mar abierto donde el monitoreo y el acceso son desafiantes y costosos”, dijo Deng.
Hasta ahora, el prototipo FMC-TENG ha sido capaz de producir suficiente electricidad para alimentar un transmisor acústico, un tipo de sensor que a menudo se incluye en las plataformas de observación oceánica que se puede utilizar para las comunicaciones. Esta es aproximadamente la misma cantidad de electricidad que se necesita para encender una bombilla LED. “Estamos desarrollando el FMC-TENG para impulsar desde plataformas de observación oceánica con múltiples sensores hasta comunicaciones satelitales, todo utilizando la energía del océano”, agregó Deng.
Un TENG cilíndrico se compone de dos cilindros anidados con el cilindro interior girando libremente. Entre los dos cilindros hay tiras de material sintético con electrodos de aluminio y un material similar al teflón llamado etileno propileno fluorado (FEP).
A medida que el TENG rueda a lo largo de la superficie de una ola oceánica, el material sintético y los electrodos de aluminio de un cilindro rozan el material FEP del otro cilindro, creando electricidad estática. Cuanto más se mueve un TENG cilíndrico, más energía genera; por eso, las olas rápidas y frecuentes pueden generar más energía que las olas más lentas y uniformes del océano abierto. Para idear un TENG que pudiera alimentar la electrónica en mar abierto, Deng y su equipo se propusieron aumentar la cantidad de energía undimotriz convertida en electricidad en el FMC-TENG; resulta que la clave fue detener temporalmente el movimiento del cilindro interno del FMC-TENG, según PNNL.
En el FMC-TENG, el equipo colocó imanes para detener la rotación del cilindro interno del dispositivo hasta que alcanzó la cresta de una ola, lo que le permitió acumular más y más energía potencial. Al acercarse a la cresta de la ola, los imanes se liberan y el cilindro interno comienza a rodar por la ola muy rápidamente. El movimiento más rápido produce electricidad de manera más eficiente, generando más energía a partir de una onda más lenta.
Actualmente, el prototipo FMC-TENG puede producir suficiente energía para ejecutar dispositivos electrónicos pequeños, como sensores de temperatura y transmisores acústicos. A medida que el equipo itera en su diseño para uso comercial, se espera que el FMC-TENG produzca suficiente energía para operar una plataforma completa de monitoreo en mar abierto compuesta por múltiples sensores y comunicaciones satelitales.
“El FMC-TENG es único porque hay muy pocos convertidores de energía undimotriz que sean eficientes y capaces de generar una potencia significativa a partir de las olas del océano de baja frecuencia. Este tipo de generador podría potencialmente alimentar boyas integradas con conjuntos de sensores para rastrear datos de agua, viento y clima en océanos abiertos utilizando completamente energía oceánica renovable”, concluyó Deng.
Además, el FMC-TENG es liviano y puede usarse tanto en dispositivos de flotación libre como en plataformas ancladas, según los investigadores del PNNL, quienes recibieron el financiamiento para el trabajo de la Oficina de Tecnologías de Energía Hidráulica del Departamento de Energía de EE. UU. a través de Marine Energy Seedling. y Programa de Retoños.