Termoelectricidad
La termoelectricidad convierte una diferencia de temperatura directamente en tensión eléctrica — sin turbina, sin pistón, sin una sola pieza móvil. Es así la técnica más antigua y mejor acreditada de aquella familia de procedimientos a la que pertenece también la neutrinovoltaica: corriente a partir de lo que está ahí de todos modos.
El efecto Seebeck
El proceso fundamental lo descubrió Thomas Johann Seebeck en el año 1821. Si se unen dos conductores distintos formando un circuito y se mantienen los dos puntos de unión a temperaturas diferentes, circula una corriente.
La razón es gráfica: en el lado caliente los portadores de carga tienen más energía cinética y migran hacia el lado frío. Allí se acumulan, y surge una tensión. Su magnitud la describe el coeficiente Seebeck del material, medido en microvoltios por kelvin.
El camino inverso funciona igualmente: si se hace pasar corriente, un lado se enfría. Ese es el efecto Peltier, que aprovecha cualquier nevera portátil pequeña.
El factor de mérito ZT
En qué medida sirve un material para la termoelectricidad lo resume una única cifra adimensional:
ZT = S²σT / κ
En ella, S designa el coeficiente Seebeck; σ, la conductividad eléctrica; κ, la conductividad térmica, y T, la temperatura.
En esta fórmula se ve el problema central de la disciplina. Hace falta un material que conduzca bien la corriente, pero mal el calor — y en la mayoría de las sustancias ambas conductividades van de la mano, porque son los mismos electrones los responsables de las dos. La disciplina busca desde hace décadas materiales que rompan ese acoplamiento.
El telururo de bismuto, el clásico para la temperatura ambiente, alcanza un ZT en torno a 1. Eso corresponde a rendimientos de aproximadamente el 5 al 8 por ciento. Se han alcanzado valores de laboratorio por encima de 2, pero rara vez estables y rara vez baratos.
Dónde está en uso
Pese a su modesto rendimiento, la termoelectricidad es imbatible allí donde la fiabilidad está por encima de todo:
Vuelo espacial. Las baterías de radionúclidos de las sondas Voyager trabajan desde 1977 — el plutonio-238 suministra calor y los termopares hacen corriente de él. Los róveres marcianos Curiosity y Perseverance emplean la misma construcción y obtienen de unos 2 000 vatios de calor alrededor de 110 vatios eléctricos.
Calor residual. Los hornos industriales, los motores y los sistemas de escape desprenden calor que de otro modo se pierde.
Sensores pequeños. Allí donde un palmo de diferencia de temperatura basta para alimentar un módulo de radio, ya no hace falta batería.
Distinción respecto a la neutrinovoltaica
La termoelectricidad exige imperiosamente un gradiente. Sin lado caliente y lado frío no circula corriente — un componente que tiene la misma temperatura por todas partes no suministra nada, por caliente que esté. Eso no es una insuficiencia técnica, sino el segundo principio de la termodinámica.
La neutrinovoltaica menciona las fluctuaciones térmicas como uno de varios canales de entrada, pero no apuesta por un gradiente macroscópico, sino por procesos en la propia red. El enlace con la investigación se encuentra aquí en los trabajos de Paul Thibado sobre la rectificación de movimientos térmicos en grafeno autosostenido — el efecto de trinquete.
La termoelectricidad es así la mejor prueba de que la idea de base se sostiene: la conversión directa sin piezas móviles funciona, se conoce desde hace dos siglos y vuela desde hace medio siglo a través del sistema solar. La pregunta no es si puede obtenerse energía de este modo, sino a partir de qué fuente y en qué cuantía.
Términos relacionados
- Recolección de energía — el campo en su conjunto
- Efecto de trinquete — rectificación del movimiento térmico
- Betavoltaica — corriente a partir de la desintegración beta
- Termofotovoltaica — el calor por el rodeo de la luz
Fuentes
- T. J. Seebeck: Magnetische Polarisation der Metalle und Erze durch Temperaturdifferenz, Abhandlungen der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu Berlin, 1822/23.
- NASA: Radioisotope Power Systems — fichas técnicas del MMRTG y del RTG de Voyager.