Mejorar la eficiencia termoeléctrica

Un equipo de científicos financiados por la Unión Europea creó un nanocompuesto de aleación a granel de altísima calidad que convierte el calor en energía útil. El producto abre las puertas a las aplicaciones para la captación de energía a bajas temperaturas.

Energía

Cada año se pierden cerca de 15 TW de energía térmica como consecuencia de diversas actividades industriales, el transporte y la generación de energía eléctrica. Gracias a unos generadores termoeléctricos (GTE) que transforman el calor residual en electricidad útil se podría hacer una importante contribución a la producción de energía renovable. No obstante, el rendimiento del material ha impedido hasta el momento su desarrollo industrial. Los científicos mejoraron el rendimiento de los materiales termoeléctricos auspiciosos con el proyecto financiado por la Unión Europea «Nanoparticle embedded in alloy thermoelectrics» (NEAT). Recientemente se ha demostrado que, si se dotan de características estructurales nanoescalares, dichos materiales pueden alcanzar rendimientos termoeléctricos hasta tres veces superiores a los de los materiales tradicionales. No obstante, estos resultados se obtuvieron con películas delgadas y no fueron reproducibles en materiales a granel. NEAT desarrolló un nuevo tipo de nanocompuesto de aleación a granel para aumentar el rendimiento de los materiales termoeléctricos a base de silicio respetuosos con el medio ambiente mejorando los materiales utilizados actualmente. Se disminuyó de forma considerable la conductividad térmica reticular de estos materiales y así se alcanzaron muy buenos rendimientos termoeléctricos a temperaturas elevadas y medias. En particular, se agregaron nanopartículas bien controladas en nanocompuestos de silicio y germanio y así NEAT alcanzó una disminución de 40 % en los costes de este material de aleación termoeléctrico a granel. Esto es porque contiene menos germanio, el cual es costoso y escaso. Se trata de una aleación que podría aplicarse en sistemas autónomos y en sensores térmicos. Los científicos utilizaron concentraciones menores de nanopartículas con conductividad térmica significativamente menor de la aleación de magnesio, silicio y estaño para mejorar el rendimiento termoeléctrico de las nanopartículas. Se observó un efecto termoeléctrico del material de la matriz receptora sin precedentes para materiales a granel a bajas temperaturas (inferiores a 500 °C). Por ser inocuo, podría sustituir al telururo de bismuto utilizado comúnmente en el sector de la automoción. NEAT demostró que es posible ampliar la escala de la síntesis y sinterización de aleaciones de la matriz receptora que son ecológicas, económicas y significativas a escala preindustrial. Esto supone un primer paso hacia la creación de una fuerte cadena de producción para la incipiente industria de los GTE. Según NEAT, en Europa el sector del transporte, los procesos industriales y la generación de energía eléctrica recuperarán 200 TWh para el año 2020.