Un nuevo proyecto estudiará cómo mejorar la conversión del calor residual de motores, procesos industriales o el propio cuerpo humano en electricidad

Un equipo de trabajo del Grupo de Investigación de Polímeros y Materiales Avanzados (PIMA) de la Universitat Jaume I de Castelló inicia a principios de año el proyecto europeo del programa H2020 «Solid-liquid thermoelectric systems with uncorrelated properties» (UncorrelaTEd) que tiene como principal propósito conseguir materiales termoeléctricos que aumentan notablemente el aprovechamiento del calor residual de vehículos, entornos industriales e incluso el cuerpo humano, como electricidad.

Más del 60% de la energía global se pierde como calor residual (un motor de combustión, por ejemplo, solo aprovecha el 25-30%). Los materiales termoeléctricos (TEs) pueden convertir grandes cantidades de este calor residual en electricidad y contribuir significativamente al desafío energético actual. A pesar de los esfuerzos para mejorar estos tipos de materiales, la tecnología está limitada por su baja eficiencia (difícilmente usable a gran escala con una eficacia entre el 6-8%).

La eficiencia de los materiales termoeléctricos está basada en tres parámetros: coeficiente Seebeck (indica la cantidad de voltaje que puede generar por cada grado de diferencia de temperatura entre los extremos del material); conductividad eléctrica (capacidad de conducción de la electricidad); y conductividad térmica (capacidad de conducción del calor). Porque un material sea eficiente termoeléctricamente hace falta que muestre un alto coeficiente Seebeck y una gran conductividad eléctrica, pero una baja conductividad térmica.

La correlación entre estas tres propiedades establece la capacidad termoeléctrica de los materiales en estado sólido, pero romperla es complicado porque cuando se aumenta el parametro Seebeck disminuye la conductividad eléctrica y cuando aumenta esta también lo hace la conductividad térmica. El proyecto UncorrelaTEd propone una nueva estrategia para romper la correlación que existe entre el coeficiente Seebeck y la conductividad eléctrica, mediante la utilización de un material poroso, nanoestructurado, en combinación con un electrólito (una sal disuelta en un disolvente), un nuevo paradigma que conecta la termoelectricidad y la electroquímica.

La idea planteada por el equipo de investigación es trabajar con una estructura con cierta porosidad, que inicialmente es beneficiosa porque disminuye la conductividad térmica, y llenar los vacíos con un electrólito. Se experimentará con diferentes electrólitos que mejoran las dos propiedades en discordia (coeficiente Seebeck y conductividad eléctrica) con un líquido que rodea el material e interacciona con él. Los ensayos preliminares llevados a cabo por el grupo han mejorado en 35 veces la eficacia del material.

Se estudiarán tres grupos de materiales diferentes: tel·lururo de bismuto (que es el que mejor funciona en condiciones de temperatura ambiente); óxidos (más económicos, menos tóxicos y más estables químicamente); y los polímeros (fácilmente processables a baja temperatura y también mes económicos).

El proyecto UncorrelaTEd será desarrollado por un consorcio, liderado por la UJI bajo la coordinación de Jorge García Cañadas, y su equipo (Lourdes Màrquez Garcia, Adrián Mota Babiloni y Braulio Beltrán Pitarch) del Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales y Diseño; la Fundación Instituto de Investigación de la Energía de Cataluña; el grupo de materiales de la universidad sueca Kungliga Tekniska Hoergskolan (KTH); la University of Warwick de Reino Unido que colaborará en las simulaciones; y dos empresas: Intenanomat, del Parque Tecnológico de la Universitat de València que ayudará en la parte relacionada con los polímeros; y la francesa Solvionic que trabaja con líquidos iónicos, unos electrólitos especiales.

Actualmente, las posibles aplicaciones alcanzan campos como los vehículos (aprovechando los gases de la combustión), el Internet de las Cosas, fábricas e industrias como la del acero (donde se podría reducir la pérdida energética entre un 10-20%), en los hogares, o aprovechando el calor del mismo cuerpo humano para obtener sensores autoalimentados.

Fuente: Universitat Jaume I – UJI