03/02/24 - 09:27

La UPNA logra, por primera vez a nivel mundial, producir electricidad de forma continua en la Antártida a partir del calor geotérmico

De izq. a dcha.: Miguel Araiz, Leyre Catalán y David Astrain, en Isla Decepción, uno de los volcanes activos de la Antártida.

Esta tecnología, experimentada en Isla Decepción, constituye un avance para monitorizar en tiempo real fenómenos geológicos y volcánicos

La UPNA logra, por primera vez a nivel mundial, producir electricidad de forma continua en la Antártida a partir del calor geotérmico

Redacción

03/02/24 - 09:27

Investigadores de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), pertenecientes al Instituto de Smart Cities (ISC), han logrado, por primera vez a nivel mundial, generar energía eléctrica en la Antártida de manera continua, sin interrupciones, a partir del calor natural del interior de la Tierra, conocido como calor geotérmico, que se libera a través de fumarolas volcánicas. El grupo de Ingeniería Térmica y de Fluidos, liderado por el catedrático David Astrain Ulibarrena, ha inventado y desarrollado una tecnología inédita que constituye un avance en la monitorización en tiempo real de fenómenos geológicos y volcánicos. Una expedición de la UPNA ha experimentado sobre el terreno el funcionamiento de dicha tecnología en la Isla Decepción, uno de los volcanes activos de la Antártida, durante la campaña antártica, aún no concluida, que aprovecha cada año el verano austral para desarrollar proyectos científicos.

En concreto, la UPNA participa, por primera vez en su historia, en una campaña polar antártica gracias al proyecto “Generadores termoeléctricos autónomos para vigilancia volcánica” (VIVOTEG), cuyos investigadores principales son el catedrático David Astrain Ulibarrena y el profesor Álvaro Martínez Echeverri. Se trata de un proyecto financiado por la Agencia Estatal de Investigación (en la convocatoria de Generación del Conocimiento) y coordinado por el Comité Polar Español con el apoyo logístico de la Armada Española. La expedición de la UPNA, compuesta por el ya citado David Astrain, más Miguel Araiz Vega y Leyre Catalán Ros, se encuentra trabajando en Isla Decepción, donde está ubicada la base militar española Gabriel de Castilla.

El grupo de investigación de la UPNA ha empleado módulos termoeléctricos de efecto Seebeck, unos dispositivos que transforman el calor geotérmico en energía eléctrica. Para que dichos módulos funcionen, necesitan tener un lado caliente y otro frío. El calor de la Tierra calienta un lado del módulo y el aire frío de la Antártida enfría el otro. El equipo investigador ha creado esa diferencia necesaria con el desarrollo de intercambiadores de calor de alta eficiencia, que son capaces de transportar el calor geotérmico desde el suelo, a una profundidad de solo 40 centímetros, hasta el módulo termoeléctrico, con muy poca pérdida de temperatura.

Tecnología robusta para el Polo Sur

Los generadores termoeléctricos geotérmicos diseñados en la UPNA no emplean partes móviles, como bombas o ventiladores, lo que reduce al mínimo el mantenimiento y convierte a estos dispositivos “en generadores eléctricos muy robustos, característica esencial para ser instalados en la Antártida”, según David Astrain. En esta primera campaña en el Polo Sur, los dos prototipos de generadores termoeléctricos ya han registrado 6 W (vatios) de potencia eléctrica, la necesaria para alimentar los sensores de vigilancia e investigación volcánica y hacer posible su funcionamiento durante todo el año, incluido el invierno.

De izq. a dcha., Leyre Catalán, Miguel Araiz y David Astrain trabajan en la Antártida en sus generadores termoeléctricos geotérmicos.

No hay que olvidar que la Antártida es uno de los entornos más desafiantes del planeta por sus características únicas: unas condiciones climáticas extremas al ser el lugar más frío y ventoso de la Tierra, con temperaturas que pueden descender a sesenta grados bajo cero en invierno; las variaciones de luz solar, con meses de oscuridad continua durante el invierno, por lo que las fuentes de energía basadas en el sol, como los paneles fotovoltaicos, son menos fiables y eficientes durante gran parte del año; y el acceso y la logística, ya que la lejanía y el ambiente hostil complican el mantenimiento y la reparación de los equipos. Por lo tanto, cualquier tecnología implantada en el Polo Sur debe ser excepcionalmente robusta y requerir un mantenimiento mínimo.

Además, la tecnología diseñada por la UPNA es modular, por lo que se puede aumentar la potencia producida simplemente instalando más módulos termoeléctricos. “Según los primeros resultados obtenidos —describe David Astrain—, se estima que es posible obtener, de forma continua, 15 W por metro cuadrado y durante todo el año, lo que producirá una energía diaria de 0,36 kWh por metro cuadrado. Esta última cifra es equivalente a la de una batería de coche, como la que emplean los científicos en la Antártida, con la ventaja de que nunca se acaba, ya que la generación eléctrica es continua, gracias a los dispositivos termoeléctricos”.

Miguel Araiz (izq.) y David Astrain, junto a uno de los generadores termoeléctricos geotérmicos, que aprovechan el calor de la Tierra para generar electricidad.

El reto tecnológico de suministrar energía continua

La importancia de este avance en la investigación radica en “el enorme reto tecnológico que representa el suministro energético necesario para alimentar los sensores de medida y equipos de emisión de datos de diferentes proyectos científicos geológicos y vulcanológicos, así como a las estaciones de vigilancia volcánica, especialmente, en lugares remotos y de climatología extrema”. “Actualmente, se emplean módulos fotovoltaicos para el suministro energético —señala el investigador—. Sin embargo, esta tecnología solar presenta graves problemas debido a la discontinuidad del suministro energético, que se acentúa en episodios de nieve, niebla, ceniza, calima y la propia noche, cuya duración puede ser de varios meses en latitudes altas, como la Antártida. Esta limitación tecnológica implica un esfuerzo logístico considerable para el cambio continuo de baterías eléctricas durante la campaña y reduce de manera muy considerable el registro de datos de interés científico, especialmente, durante el invierno, cuando prácticamente no existen datos en tiempo real”.

El avance tecnológico desarrollado por el grupo de la UPNA abre las puertas a avances sin precedentes en la monitorización en tiempo real de algunas de las estaciones desplegadas en Isla Decepción, lo que mejorará el estudio geológico y la vigilancia volcánica de la zona. “Con la instalación de estos generadores termoeléctricos, será posible tener datos geológicos en tiempo real durante todo el año, incluida la invernada, y en diversos lugares de la isla, alejados de la base Gabriel de Castilla. Esta tecnología podría ser extrapolada a muchos otros volcanes del mundo, lo que contribuirá a aumentar la seguridad de la sociedad civil, al mejorar la vigilancia volcánica remota con una mejor y mayor anticipación a las erupciones volcánicas”.

Uno de los generadores termoeléctricos geotérmicos diseñados en la UPNA e instados en la Antártida.

El grupo en Ingeniería Térmica y de Fluidos (ITF), autor de esta tecnología, cuenta con una dilatada experiencia en el desarrollo de generadores termoeléctricos pasivos, aquellos cuyos intercambiadores no precisan de partes móviles. La aplicabilidad de esta tecnología a la geotermia ya ha sido probada por el grupo en los generadores termoeléctricos instalados en el Parque Nacional de Timanfaya y en el Teide, en Canarias.

Aunque son tres las personas de la UPNA que están trabajando en el Polo Sur, el proyecto ha sido realizado por todo el equipo investigador del proyecto, que se completa con Patricia Alegría Cía, Álvaro Martínez Echeverri, María Mina Urbiola, Nerea Pascual Lezáun y Gurutze Pérez Artieda.