Nanotubos aprovechan la luz solar para crear energía “limpia”

 La nanotecnología es la manipulación de la materia a una escala extremadamente pequeña, y en ella habría una alternativa a la necesidad de hallar fuentes de energía limpias, es decir las que no usan combustibles fósiles. Aprovechando la energía solar y los “nanotubos”, cilindros de tamaño imperceptible al ojo humano, se produce hidrógeno, elemento capaz de almacenar la energía para luego liberarla.

Las energías limpias, o renovables, se obtienen de recursos naturales como el viento, la radiación solar o el agua, que se renuevan rápidamente de forma natural, y se denominan así porque producen bajas emisiones de gases de efecto invernadero, que son altamente contaminantes.

El hidrógeno es uno de los elementos más abundantes del universo, y entre muchos de sus usos funciona como combustible y como materia prima para fabricar vidrios, e incluso obtener aceites.

El profesor Joaquín Enrique Tirano Vanegas, del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), le apostó a producir energía mediante electrólisis, un procedimiento mediante el cual se separa el agua en sus componentes básicos –oxígeno e hidrógeno–, y que paradójicamente requiere de energía eléctrica.

En este caso, para hacer más eficiente el proceso de separación se usaron nanotubos, que por estar compuestos de dióxido de titanio y óxido de níquel, aprovechan la luz solar para generar electricidad.

“El truco está en que los nanotubos toman la energía solar, especialmente la luz visible, y cuando esta los golpea se generan los electrones, pequeñas partículas que tienen cargas eléctricas”.

“Los electrones generados se utilizan para mejorar el proceso de electrólisis. Cuando se aplica electricidad a través del agua, ellos ayudan a dividir el agua en oxígeno e hidrógeno de manera más eficiente, y por ser una forma de energía limpia no produce contaminantes ni gases dañinos para el medioambiente”, explica el académico.

Para obtener los nanotubos se empleó el proceso de “electrodepositación”, que consiste en poner nanopartículas de dióxido de níquel en las superficies de los nanotubos de dióxido de titanio mediante la aplicación de corriente eléctrica.

Los nanotubos tienen alta sensibilidad a la luz, lo que permite obtener fotovoltajes que disminuyen en un 29,89 % el consumo eléctrico durante el proceso de electrólisis. “Ese mayor aprovechamiento del espectro visible fue posible gracias a que logramos reducir el bandgap (brecha energética) del material de 3,14 a 2,76 electronvoltios (eV), lo cual significa que ahora los nanotubos son más sensibles y eficientes en longitudes de onda entre 450 y 500 nanómetros (nm)”, agrega el docente.

Manipular partículas que ni siquiera podemos ver es sumamente complejo. Para hacer posible este proceso se manejan condiciones específicas como la concentración de componentes en el electrolito, la duración de la aplicación de voltaje y la separación de los electrodos.

Para probar la eficiencia de los nanotubos en la transformación de energía solar se empleó una lámpara halógena de 150 vatios (W), que simuló la radiación solar. “La luz irradiada por la lámpara correspondía exclusivamente al espectro visible, es decir entre 400 y 700 nm”, explica el experto.

Es importante destacar que aunque la idea de usar nanotubos para producir hidrógeno no es nueva, la forma en que estos aprovechan la luz solar visible sí es un avance significativo. El profesor Tirano precisa que “esto nos acerca un paso más a depender menos de los combustibles fósiles, y por ende disminuir la carga contaminante que se arroja al medioambiente”.

Energías solar y eólica, esenciales en el cambio de modelo energético de Colombia

 En esta idea coincidieron hoy los expertos nacionales e internacionales invitados al Summit Académico “Megatendencias de la Industria 4.0: hacia una transición inteligente”, organizado por la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) en el marco de la Feria Internacional Industrial de Bogotá (FIB).

El tema energético y el medioambiente, además de la transición energética y el desarrollo sostenible en Colombia, fueron algunos de los aspectos en torno a los cuales disertaron los profesores Javier Solano y Fabio Sierra, de la Faculta de Ingeniería de la UNAL, y Alain Clappier, de la Universidad de Estrasburgo (Francia), en compañía de José Salamanca, consultor técnico comercial de la compañía Robert Bosch, y Erik Høeg, embajador de Dinamarca en Colombia.

El profesor Chappier reflexionó acerca del cambio que se podría hacer en Colombia: “es necesario cuantificar el potencial energético del país, ya que existe una oferta importante de energías solar y eólica, que aunque al inicio pueden tener un costo elevado, llegarían a ser una fuente importante y sólida a futuro”.

Con respecto a las potencialidades del país en energías renovables, el profesor Sierra manifestó que, “si se mira la costa norte, lo más probable es que debamos enfocarnos mucho hacia la energía eólica y solar, mientras que en la zona pacífica, muy posiblemente debemos pensar en las pequeñas centrales hidroeléctricas, en vez de grandes, para disminuir la afectación ambiental; y por otro lado, si vamos a la Orinoquia, podemos aprovechar los caudales de los ríos para implementar turbinas hidrocinéticas”.

Agregó que el reemplazo del gas natural también se puede evaluar y hacer por medio de energías renovables, con tres métodos: con gas de síntesis, que se da por una transformación termoquímica de la materia orgánica dejada por las plantas (biomasa); con biogás, que se puede producir con los residuos de la industria agropecuaria en los rellenos sanitarios, por ejemplo; y con hidrógeno, que se consigue mediante electrólisis, que separa la molécula del agua (H₂O) para aprovechar los gases necesarios.

Por su parte, el experto de la industria automotriz, José Salamanca, al referirse al uso de carros eléctricos, expresa que “mientras en el país se venden un 90 % de vehículos con motores de combustión interna con gasolina o diésel, solo hay alrededor de un 4 % de vehículos eléctricos, lo cual obedece a la dificultad y demora para cargar las baterías, lo que hace inviable viajar largos trayectos, por ejemplo de Bogotá a Santa Marta.

Añade que los carros híbridos, o sea con motor de combustión y al mismo tiempo eléctricos, son una alternativa que ha estado tomando fuerza, ya que hacen mucho más sencillo el proceso de carga y permiten disminuir las emisiones de gases contaminantes.

Aportando a la discusión, el embajador Høeg ofreció su punto de vista desde el ámbito gubernamental, dando luces sobre la posibilidad de que se den alianzas entre lo público y lo privado para trabajar conjuntamente en reemplazar las energías contaminantes que utilizan petróleo, para beneficiar al medioambiente y a toda la sociedad.

Academia e industria

La charla de apertura de la primera jornada del Summit Académico se centró en el tema energético y el medioambiente, y estuvo a cargo del profesor Solano, socio de negocios (business partner) digital sénior de Ecopetrol.

El experto ofreció cifras fundamentales acerca de lo que está pasando en el mundo con el cambio climático, ya que las ciudades, que abarcan alrededor del 2 % de la superficie de la tierra, consumen cerca del 78 % de la energía mundial y producen más del 60 % de los gases de efecto invernadero (GEI).

Algunos de los efectos del cambio climático más relevantes son: el hielo que se derrite cada vez más rápido, un aumento de 3,2 mm del nivel del mar cada año, los incendios, la escasez de agua y la pérdida de cosechas, entre otros.

“El cambio climático es real y el estilo de vida actual es insostenible: el 1 % de la población más rica está produciendo más GEI que el 50 % más pobre; además, los combustibles y la industria alimentaria es responsable del 50 % de emisiones de GEI, y de más del 90 % de la pérdida de biodiversidad”, aseguró.

Este evento también tendrá actividades este viernes 30 de septiembre, último día de la Feria, con conversatorios alrededor de temas como la fabricación inteligente y sostenible, y territorios inteligentes en los ámbitos rurales y urbanos. Los estudiantes de la UNAL pueden entrar gratis presentando su carné.

Con energía solar, reinsertados obtienen agua potable en La Macarena

 Los reincorporados de las FARC que habitan en el Espacio Territorial de Capacitación y Reincorporación (ETCR) Urías Rondón, en La Macarena (Meta), afrontan dificultades para acceder a energía eléctrica y agua potable. Mediante un proyecto de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) se diseñó un sistema que aprovecha la energía de paneles solares para hacer funcionar una serie de bombas de extracción que les está permitiendo contar con el vital líquido.

Expertos de la UNAL, entre ellos sociólogos, médicos, agrónomos e ingenieros, como el profesor Eduardo Mojica, de la Facultad de Ingeniería, diseñaron e instalaron un sistema de paneles solares en los techos de las casas de la ETCR Urías Rondón, en La Macarena.

La función de estos dispositivos es obtener energía solar para alimentar unas bombas de extracción de agua (periféricas y sumergibles) que permitan extraer el agua que se encuentra a unos 6 m de profundidad.

El profesor Mojica señala que “el sistema es sencillo y fácil de instalar y desinstalar, ya que en esta población son frecuentes los cambios de domicilio y las movilizaciones, por lo que los paneles deben ser portátiles”.

“La conexión de los paneles es similar a la de los equipos de sonido de hace unos años, en los que la conexión del cable rojo va en el puerto rojo, el amarillo en el amarillo y así sucesivamente, por lo que es muy fácil de desconectar”.

Los dispositivos ubicados en los techos se conectan a un inversor fotovoltaico que se encarga de transformar en energía eléctrica la corriente que recibe del panel, la cual se puede emplear para alimentar las bombas que sacan el agua de las profundidades, por ejemplo.

Capacitaciones

Los paneles solares se instalaron en 60 casas de la zona, y además de facilitar la obtención del agua, también les permite tener energía eléctrica para recargar celulares u otros dispositivos.

El proyecto también contempló las capacitaciones “La escuela escoge”, en las que se concientizó a las personas acerca del consumo de energía, explicándoles cómo se genera esta desde los paneles, del concepto de eficiencia energética y del manejo del agua en sus casas.

“Es importante que los habitantes entiendan que la energía es limitada y no se pueden exceder en su consumo, ya que una dificultad del uso de energías renovables es no tener suficiente almacenamiento, por lo que hay que darle un buen manejo; algunos habitantes compran neveras y otros electrodomésticos que descargan las baterías más rápido”, señala el profesor.

En este punto hace énfasis en que el problema de la viabilidad de estos proyectos no es la vida útil de los paneles solares, ya que estos pueden durar alrededor de 20 años; la dificultad radica en las baterías de estos artefactos, cuyos ciclos de vida útil es de 3 a 5 años, tiempo en que  pueden ser cargadas una o dos veces, pero se deterioran rápidamente, por lo que un mal manejo hace que tengan que ser reemplazadas antes, generando costos adicionales.

Según el académico, “aunque se ha avanzado en términos de oferta de estos dispositivos de energía solar, llegando incluso a comercializar paneles pequeños en las ferreterías de pueblos como La Macarena, sus precios aún no son asequibles”.

Microrredes

Un concepto fundamental para entender la naturaleza del proyecto es el de “microrred”, en el cual se estructura el conocimiento que puso en práctica el profesor Mojica desde la ingeniería, implementando estrategias para distribuir mejor la eléctricidad en regiones rurales.

“Llegar a La Macarena y diseñar el funcionamiento de estos paneles solares en los techos de las casas genera una microrred, en la que no se depende de tener que llevar la energía desde otros lugares, sino que permite que desde la misma comunidad haya una autonomía energética”, señala.

Explica además que “para fabricar planes acordes con las necesidades de los habitantes se debe tener muy en cuenta la disponibilidad de la energía en estas zonas, ya que distribuir redes eléctricas desde otros centros es muy costoso e implica llevar transformadores, lo cual no es necesario cuando se tienen los paneles y el inversor de corriente”.

“Así se cambia el paradigma tradicional de distribución de la energía eléctrica, es decir que ya no hay un único dueño del sistema que lo controla todo; la mejor solución es poner la energía al servicio de la comunidad en el lugar donde habitan”.

Horno solar portable y barato para zonas sin energía eléctrica

 “Ponerle fin al hambre” fue la motivación de cuatro estudiantes de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín para construir un horno solar portable de bajo costo que permita aprovechar la energía solar y cocinar alimentos en lugares donde no hay cobertura eléctrica.

Jaime Andrés Moncayo, Luis Carlos Mendoza, Salomón Pérez Atencia y Etienne Mayer –estudiante de intercambio de Francia– son los cuatro alumnos de Ingeniería Mecánica que fabricaron este artefacto con el fin de atender las necesidades de poblaciones que se encuentran Zonas No Interconectadas (ZNI) a las principales redes de distribución de energía eléctrica en Colombia.

Para diseñar el horno, los estudiantes escogieron el modelo parabólico, puesto que su superficie permite una mejor reflexión de los rayos solares hacia el recipiente de comida.

El horno solar consta de 3 partes principales: la estructura o base metálica de soporte giratorio; la parábola de cartón, cubierta con papel aluminio, que permite la entrada de energía solar y la concentra en la zona de cocción, y el sistema de frenado –impreso en 3D– que ayuda a fijar la estructura giratoria en un ángulo específico.

Las personas deben ubicar el horno en un área abierta donde lleguen los rayos solares. Después rotan la parábola en dirección al sol y sueltan el gancho de freno para estabilizar la superficie. Por último, ubican el recipiente con el alimento que desean cocinar y esperan un tiempo estimado de 20 a 30 minutos; la duración depende de la condición climática.

Los estudiantes pusieron a prueba la funcionalidad del horno cocinando un huevo. “Estuvo entre 30 y 45 minutos ya que el clima no fue el más favorable pues esos días llovía y venteaba en Medellín, pero el horno funcionó aún con el factor climático en contra; esto también depende del alimento”, explicó el estudiante Moncayo.

Inspirados en modelo africano

“La idea inicial fue de nuestro compañero de intercambio Etienne, quien se inspiró en un proyecto de horno solar portable que vio en África Central, el cual aprovecha la energía solar para cocinar alimentos en lugares donde no hay energía eléctrica”, indicó el estudiante Moncayo.

“Estábamos pensando en aquellas comunidades que no están interconectadas y tienen buena irrigación solar, donde se tienen necesidades para preparar los alimentos”, agregó el estudiante.

Según la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG), las ZNI son aquellos municipios, corregimientos y localidades que no tienen energía eléctrica.

Algunas de estas zonas son el Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina, Leticia (Amazonas), Capurganá (Chocó), Puerto Carreño (Vichada) y Mitú (Vaupés).

En las ZNI la prestación del servicio se hace especialmente mediante plantas diésel, paneles solares y pequeñas centrales hidroeléctricas. Sin embargo, solo 20 de los 32 departamentos que conforman la división política en Colombia tienen este servicio, es decir que 12 de ellos no tienen ningún tipo de cobertura en sus territorios.

“Por eso el aprovechamiento de energías renovables en estas zonas es una excelente alternativa para las comunidades que habitan en ellas”, manifestó el estudiante Mendoza.

Este horno solar portable responde a la necesidad de aumentar la velocidad de cocción a un bajo costo, para que las personas la puedan implementar a escala grande o pequeña en esas comunidades.

El principal desafío para la fabricación del horno fue la crisis social que atravesaba el país en ese momento. Las protestas dificultaron el acceso a los laboratorios de la Universidad.

“Por la pandemia las clases fueron virtuales, así que los cuatro estábamos en distintas ciudades –Salomón en Sincelejo, Luis en Montería, Etienne en Francia y yo en Medellín–, y por las protestas fue difícil transitar por la ciudad”, recuerda Jaime Andrés.

Sin embargo, la buena coordinación y el trabajo en equipo fueron factores clave para construir este proyecto. Además el apoyo de la Universidad y del docente Nelson Antonio Vanegas fue fundamental.

“Sí, se pueden hacer las cosas, incluso desde la virtualidad. Lo principal fue la comunicación”, expresó Luis Carlos.

A lo largo del proceso los estudiantes experimentaron distintas dificultades que “pudimos superar con ingenio”, incluso tuvieron que hacer reingeniería y rediseño para lograr mejoras en el producto.

Por último, recalcan la importancia de su labor como ingenieros para pensar en soluciones que aporten a problemas ambientales y sociales.

Instalan el primer centro de reciclaje con energía solar en Colombia

El proyecto, en el que participan diseñadores industriales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira, permite que las comunidades rurales de Buenaventura puedan generar su propia energía, transformar los residuos plásticos en productos nuevos, activar su economía y minimizar el impacto ambiental en los recursos hídricos.

La historia de Mayorquín, vereda del sur de Buenaventura  (Valle del Cauca), a la que se llega solo en lancha, está hecha de olvido y ausencia del Estado. Sus cerca de 1.200 habitantes no tienen acueducto, energía ni recolección de basuras; entonces, ¿qué toman? se abastecen de aguas lluvia; ¿con qué iluminan sus hogares en las noches? utilizan velas, pues las plantas generadoras de energía solo funcionan cuando el gobierno local les suministra el combustible que las echa a andar; ¿y qué hacen con la basura? la entierran, la queman o la dejan a la orilla del mar para que este las arrastre con su oleaje.

Tales particularidades han hecho que la comunidad mayorquina se adapte al entorno y esté en constante búsqueda de alternativas para mejorar su calidad de vida; por ejemplo, se las ingeniaron para instalar paneles solares que, entre otras cosas, proveen la energía de los congeladores comunitarios en los que almacenan el pescado, base de su alimentación. Pero también han sido la clave para la construcción del primer centro de reciclaje y transformación de plástico que funciona en Colombia con la energía del Sol, iniciativa liderada por el proyecto Plástico Infinito en la que participan egresados de la UNAL Sede Palmira.

El proceso y las máquinas

Gran parte del plástico que se recoge en la zona viene de afuera, con las corrientes del océano Pacífico y del río Mayorquín que lo arrastran hasta la orilla y alrededores del pueblo. También está el que se genera en la misma comunidad con los productos que llegan para el consumo, y por último se encuentra el plástico de las redes de pesca; “este sí es un poco más difícil de procesar porque se enreda demasiado y a la vez está lleno de residuos”, explica el diseñador industrial Henry Sneyder Neira.

El proceso de reciclaje empieza con la recolección, clasificación y limpieza del material. Después pasa por cinco máquinas: cuatro de diseño propio y una externa. La primera etapa es de transformación mecánica, que se hace mediante la trituradora, que convierte el reciclaje en hojuelas de plástico (trozos de menos de 1 cm²) y puede procesar cerca de 20 kg de material en una hora.

Luego, esta materia se transforma por calor con una inyectora manual que funciona con resistencias que calientan el plástico; cada 15 minutos se puede preparar una inyección. Su capacidad es de unos 400 g cada diez minutos y se utiliza para hacer productos pequeños y con más detalle.

Sigue la extrusora, que es una inyectora pero con un proceso continuo. Siempre está sacando un filamento de plástico que se puede tejer en caliente o en frío, hacer tiras, o incluso sacar madera plástica en pequeños formatos, máximo de una pulgada, con lo que se pueden hacer sillas y marcos de ventanas, entre otros objetos básicos para la construcción.

En la compresora –una especie de horno– se pone el plástico frío dentro de un molde, se calienta y se comprime para compactar; después se deja enfriar para extraer el material que ha adoptado la forma del molde. Es una de las máquinas más usadas.

La quinta, que no es propia, es la compactadora, que reduce el material en un 20 %, lo que facilita su manipulación y transporte. Se utiliza para procesar el material que no se introduce en las otras, como las botellas tipo PET –en las que se envasan las bebidas gaseosas, por ejemplo–. También se recogen latas y cartón.
 

Los cerca de 1.200 habitantes de Mayorquín no tienen acueducto, energía ni recolección de basuras. A esta vereda se llega solo por lancha.

Oportunidad económica para la comunidad

“Todo lo que baja del río, incluso lo que sale de Buenaventura, ese residuo para nosotros hoy ya no es basura, podemos decir que todo sirve”, dice Juana Rentería, artesana de la región y “piangüera” o recolectora de piangüa, un tipo de molusco que se produce en el Pacífico.
  

Hasta el momento se han fabricado llaveros, recipientes, tablas de skate pequeñas, tablas de dibujo, contenedores y medallas, entre otros objetos utilizados por las mismas comunidades; y también han realizado conferencias, capacitaciones, jornadas de recolección de residuos y limpiezaPara Robert Vivas, diseñador industrial de la UNAL Sede Palmira, e Iván Felipe Correa, ingeniero electricista de la Universidad Autónoma de Occidente, el objetivo principal de esta iniciativa es que en Mayorquín se deje de quemar o enterrar el plástico.

El diseñador Neira señala además que una de las apuestas para este centro es que se puedan elaborar materiales de construcción para sus viviendas palafíticas. “De pronto en este momento las máquinas no son tan poderosas como para hacer una casa, pero sí para hacer los puentes pequeños que ellos hacen sobre el suelo”, manifiesta.

En este sentido, el ingeniero Correa asegura que el plástico puede solucionar muchos problemas y “es un producto bueno, pero si está dispuesto en el lugar que debe ser”.
 

En julio pasado Plástico Infinito fue reconocido por el Departamento Administrativo de Gestión del Medio Ambiente (Dagma) de la Alcaldía de Cali como el “Emprendimiento más verde”, y sus integrantes fueron seleccionados como beneficiarios del programa “Acelera Región” de iNNpulsa Colombia.

 El proyecto de Mayorquín tomó alrededor de siete meses y se realizó de la mano de la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca, que trabaja con la comunidad de la cuenca. Para Plástico Infinito representa hasta ahora el centro de reciclaje más grande y completo que se ha instalado, además de ser el único que se ha hecho en una comunidad totalmente aislada y con una fuente de energía inagotable: el Sol  del  municipios.