El flujo de oleoductos y gasoductos alimenta a sensores en condiciones extremas
El proyecto HarshEnergy, financiado con fondos europeos, abordó este reto mediante el uso de nanomateriales. El equipo desarrolló innovadores sistemas de recolección de energía con el fin de alimentar redes de sensores para la industria del petróleo y el gas en entornos con temperaturas superiores a 250 °C y presiones de 10 000 psi. La industria del petróleo y el gas opera en condiciones a menudo tan extremas que no se pueden utilizar métodos comunes de generación de energía, como las células fotovoltaicas, pero sigue siendo necesario controlar las actividades básicas a través de redes de sensores. «La solución radica en el desarrollo y la optimización de nanomateriales que puedan llevar a cabo la recolección de energía en entornos difíciles, con temperaturas y presiones elevadas», señala el coordinador del proyecto, el doctor Joao Ventura. La recolección de energía es complicada debido a su limitada capacidad de generación de energía. La idea es recolectar energía de un proceso en el que se está desperdiciando alguna forma de energía, como la energía cinética de los fluidos que fluyen a través de un conducto. Sin embargo, las tecnologías existentes generalmente solo pueden producir una pequeña cantidad de energía eléctrica. Por lo tanto, el reto es cómo aprovechar mejor una cantidad tan pequeña de energía. Combinación de tecnologías HarshEnergy utilizó la hibridación de tres tecnologías diferentes de recolección de energía (piezoelectricidad, triboelectricidad e inducción electromagnética) para crear prototipos compuestos de micro y nanogeneradores híbridos. «Estos dispositivos integran tecnologías complementarias de recolección de energía en condiciones extremas de temperatura y presión, aprovechando el flujo de fluidos que pasan a través de un conducto o a través de las vibraciones existentes para generar electricidad», explica el doctor Ventura. Las empresas ya se están beneficiando de la automatización y el control de sus actividades principales mediante el uso de redes de sensores para recopilar grandes cantidades de datos que pueden mejorar el proceso de toma de decisiones o incluso predecir la próxima ronda de mantenimiento de maquinaria pesada. Según Ventura: «Las empresas que deseen seguir siendo más competitivas tendrán que mejorar su control empleando cada vez más sensores, lo que requerirá cada vez más energía. Estas empresas son las que se beneficiarán de HarshEnergy». Además, cada sensor utiliza normalmente una pequeña batería como fuente de energía que necesita ser reemplazada de vez en cuando. «Si la industria utiliza cientos o miles de sensores para controlar sus actividades, la aplicación de un nanogenerador de recolección de energía podría poner fin a esa necesidad y haría que el funcionamiento fuese más barato, seguro y limpio, ya que las baterías pueden explotar y generan muchos residuos. Además, debido a que el funcionamiento se abarata, la industria puede instalar más sensores para controlar sus actividades y ser aún más competitiva con mejores decisiones basadas en datos», observa Ventura. Mejor para el medio ambiente Durante su ciclo de vida, los nanogeneradores triboeléctricos presentan un mejor rendimiento ambiental, menores costes de producción y menores emisiones de dióxido de carbono. Sin embargo, el rendimiento medioambiental de algunos prototipos podría verse ligeramente reducido por el mayor contenido de acrílico en su estructura y el mayor consumo de energía eléctrica durante la fabricación. Sin embargo, el acrílico puede ser ambientalmente viable dada su reciclabilidad y su potencial de reutilización. Además, el material no genera gases tóxicos nocivos para los seres humanos y el medio ambiente durante los procesos de combustión debido a su estabilidad durante la exposición a la radiación ultravioleta. «Los nanogeneradores triboeléctricos tienen un mejor rendimiento medioambiental que las celdas fotovoltaicas orgánicas y de silicio comercializadas. Sin embargo, algunos prototipos tienen un período de recuperación de energía ligeramente superior al de la tecnología fotovoltaica basada en yoduro de plomo de metilamonio estructurado con perovskita como capa activa de recolección de luz», concluye Ventura.
Palabras clave
HarshEnergy, sensor, recolección de energía, temperatura, presión, nanomaterial, triboeléctrico, gas, petróleo, hibridación, piezoelectricidad, inducción electromagnética