Validan la eficacia de un sistema de calefacción que calienta el aire a partir de radiación solar

La climatización en los edificios representa prácticamente la mitad de todo el consumo total de energía de la Unión Europea. Además, casi el 75% se genera a partir de combustibles fósiles, según datos de la Comisión Europea. Por ello, reducir este consumo e integrar las energías renovables en los procesos de refrigeración y calefacción de edificios es una de las prioridades actuales para la investigación científica.

El grupo de investigación del Área de Máquinas Motores Térmicos de la Universidad de Córdoba (España) ha realizado un estudio experimental que valida la eficacia de un sistema de calefacción que calienta el aire de los edificios a partir de radiación solar. El dispositivo emplea una serie de captadores térmicos, conocidos como UTC por sus siglas en inglés, que aspiran el calor que se genera en la chapa externa de la fachada al recibir la radiación solar. Posteriormente, y a partir de esta energía, precalientan el aire de la ventilación que se introduce en las estancias para acondicionarlas.

El sistema, patentado hace ya varias décadas, “no ha llegado a extenderse su uso en Europa, más allá de algunos edificios experimentales”, explica el primer autor del estudio, Fernando Peci. El equipo ha instalado el dispositivo en un módulo de ensayo de 4×2 metros sometido a las condiciones normales de una vivienda. A lo largo de un mes, durante el invierno, este captador térmico ha sido monitoreado bajo distintas condiciones climáticas como la radiación solar, temperatura ambiente, viento o ángulo de incidencia de la radiación solar.

Imagen del módulo de ensayo usado por el equipo de investigación. (Foto: UCO)

Según los resultados del trabajo, la demanda de calefacción necesaria para la ventilación del edificio estaría cubierta durante el 75% de los días considerados en el estudio, lo que demuestra que “esta tecnología podría ofrecer un gran rendimiento para calentar inmuebles a partir de energía solar”, especialmente en fachadas sin acristalar y orientadas al sur, que es la orientación del hemisferio norte que reciben más luz natural durante el día.

Tal y como señala el autor principal de la investigación, este sistema de calefacción podría ser aconsejable durante la rehabilitación de edificios antiguos, ya que su montaje no alteraría la fachada original. El colector solar se compone de una chapa metálica -cubierta de un material oscuro- y perforada, para poder conectar con los ventiladores y transmitir el calor al interior, por lo que la intervención sobre el edificio sería mínima.

Por otro lado, según subraya Fernando Peci, el equipo ha planteado el empleo de estos sistemas de ventilación en viviendas sociales, “en las que los gastos de calefacción no son asumibles para buena parte las familias”. En este sentido, el dispositivo no solo supondría un beneficio para el medioambiente, sino un ahorro económico en la factura de la luz, uno de los recibos más temidos durante el invierno. (Fuente: UCO)

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Generación de electricidad a partir del frío del espacio

La desventaja obvia de los paneles solares es que requieren la luz del sol para generar electricidad. Algunas personas han señalado en cambio que un dispositivo especial situado en la superficie de la Tierra y mirando al espacio (el cual tiene una temperatura extremadamente baja), podría producir un flujo de energía, y esta ser aprovechada usando el mismo tipo de física optoelectrónica que se emplea para sacar un rendimiento de la energía solar. De esta forma, podríamos generar electricidad como las células solares, y alimentar sistemas electrónicos por la noche.

El equipo internacional de científicos que ha participado en el trabajo ha demostrado por primera vez que es posible generar una cantidad medible de electricidad en un diodo directamente a partir del frío del universo. El dispositivo semiconductor infrarrojo miraba hacia el cielo y utilizaba la diferencia de temperatura entre la Tierra y el espacio para producir la electricidad.

“La inmensidad del universo es un recurso termodinámico”, dijo Shanhui Fan, un autor del artículo. “En términos de física optoelectrónica, existe realmente esta hermosa simetría entre la recolección de radiación entrante y la recolección de radiación saliente”.

En contraste con el aprovechamiento de la energía entrante, como lo haría una célula solar normal, el efecto de iluminación negativa permite que se genere energía eléctrica a partir del calor que deja la superficie. La tecnología actual, sin embargo, no captura tan eficientemente la energía por encima de estas diferencias negativas de temperatura.

Esquema del fotodiodo infrarrojo experimental que ha generado electricidad directamente del frío del espacio. (Foto: Masashi Ono)

Al apuntar su dispositivo hacia el espacio, cuya temperatura se acerca a escasos grados del cero absoluto, el grupo fue capaz de encontrar una diferencia de temperatura lo suficientemente grande como para generar energía a través de un diseño inicial.

“La cantidad de energía que podemos generar con este experimento, por el momento, está muy por debajo del límite teórico”, dijo Masashi Ono, otro autor del artículo.

El grupo descubrió que su diodo de iluminación negativa generaba unos 64 nanovatios por metro cuadrado, una cantidad ínfima de electricidad, pero ello era una importante prueba de concepto, que los autores pueden mejorar elevando las propiedades optoelectrónicas cuánticas de los materiales que se utilizan.

Los cálculos realizados después de que el diodo creara electricidad demostraron que, si se tienen en cuenta los efectos atmosféricos, el dispositivo actual puede generar teóricamente casi 4 vatios por metro cuadrado, aproximadamente un millón de veces lo que generó el dispositivo del grupo y suficiente para ayudar a alimentar de noche la maquinaria que se requiere para funcionar.

En comparación, los paneles solares actuales generan de 100 a 200 vatios por metro cuadrado, cuando el sol los ilumina.

Si bien los resultados son prometedores para esta clase de dispositivos terrestres orientados hacia el cielo, Fan dijo que el mismo principio podría ser usado para recuperar el calor residual de máquinas. Por ahora, él y su grupo se centran en mejorar el rendimiento de su aparato. (Fuente: NCYT Amazings)

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Nanoanticuerpos contra COVID-19 a partir del sistema inmune de los dromedarios

Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) (España) busca producir nanoanticuerpos que bloqueen la entrada del coronavirus SARS-CoV-2 a las células y que, por tanto, pudieran emplearse para reducir la infección en pacientes con COVID-19. Para producirlos están generando una nueva colección de nanoanticuerpos específicos frente a COVID-19 a partir de muestras de dromedarios que se han inmunizado frente al coronavirus. Además, el equipo está rastreando una colección con más de mil millones de nanoanticuerpos construida en su laboratorio. Los investigadores del CSIC, que trabajan en colaboración con la Facultad de Veterinaria de la Universidad de las Palmas de Gran Canaria, esperan tener los primeros candidatos en tres meses.

“Los anticuerpos de humanos y animales están formados por dos cadenas de proteína diferentes, que se asocian para crear la zona de unión al antígeno (virus o bacterias) y poder así bloquearlo e impedir su entrada en las células”, explica el investigador del CSIC Luis Ángel Fernández, que dirige el grupo de ingeniería bacteriana del Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC).

“Sin embargo, hay una excepción a esta regla. Los camélidos (dromedarios, llamas, alpacas, etc.) producen un tipo de anticuerpos especial capaces de reconocer al antígeno con una sola cadena de proteína. Así, la zona de reconocimiento del antígeno en estos anticuerpos es de menor tamaño, lo que les permite alcanzar regiones inaccesibles de otro modo en la superficie de virus y bacterias”, añade.

“La zona de unión de estos anticuerpos se puede aislar (clonar) en el laboratorio rápidamente, produciendo fragmentos de anticuerpos de pequeño tamaño, conocidos como nanoanticuerpos, con gran capacidad de bloquear a virus y bacterias. Estos nanoanticuerpos tienen secuencias muy similares a las de los anticuerpos humanos y por ello pueden utilizarse directamente en terapia sin generar rechazo”, señala Fernández.

Los camélidos producen anticuerpos eficaces contra virus y bacterias. (Foto: Pixabay)

Los anticuerpos son proteínas (las inmunoglobulinas) producidas por los linfocitos B en respuesta a agentes extraños para el organismo (los antígenos), como los virus y las bacterias. Los anticuerpos se unen específicamente a distintas regiones de estos patógenos y de esta forma pueden bloquear su entrada a las células y también ayudar a que otras células del sistema inmune los eliminen. Cada linfocito B produce un anticuerpo con una capacidad de unión diferente y así los miles de millones de linfocitos B en nuestro organismo nos permiten responder virtualmente frente a cualquier agente externo. Las vacunas buscan estimular a los linfocitos B a producir anticuerpos protectores antes de que nuestro organismo se enfrente realmente al patógeno.

El grupo de ingeniería bacteriana del CNB-CSIC lleva años trabajando con nanoanticuerpos en diferentes proyectos de investigación y ha desarrollado metodologías propias para su aislamiento y producción. Con la aparición del nuevo coronavirus SARS-CoV2, el grupo ha iniciado un proyecto para aislar nanoanticuerpos que bloqueen la entrada del virus a las células y que, por tanto, pudieran emplearse para reducir la infección en pacientes con COVID-19.

A lo largo de estos años, el grupo de ingeniería bacteriana ha construido una colección con más de mil millones de nanoanticuerpos, que ahora están rastreando para localizar los que puedan ser útiles contra el SARS-CoV-2. Y además están generando una nueva colección específica frente a COVID-19, derivada de la inmunización de dos dromedarios con la región de la proteína que este coronavirus emplea para entrar a las células, según explica el investigador.

Para dichas inmunizaciones, el grupo ha contado con la colaboración del doctor Juan Alberto Corbera Sánchez, profesor titular de la Facultad de Veterinaria de la Universidad de las Palmas de Gran Canaria. Además, el grupo colabora con otros grupos del CNB-CSIC, como los del doctor José María Casasnovas, para la producción del antígeno viral en células de mamífero, y los de los doctores Luis Enjuanes e Isabel Sola para los ensayos de neutralización del virus. Estas investigaciones se engloban dentro del proyecto COVID-19 del CNB-CSIC y está financiado por el CSIC gracias a la ayuda económica recibida desde el Ministerio de Ciencia y Tecnología. (Fuente: CSIC/DICYT)

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Energía perpetua a partir del agua

Investigadores de la Universidad de Rice han creado un dispositivo eficiente y de bajo costo que divide el agua para producir combustible de hidrógeno.

La plataforma desarrollada por el laboratorio de la Escuela de Ingeniería Brown del científico de materiales de Rice, Jun Lou, integra electrodos catalíticos y células solares de perovskita que, cuando son activadas por la luz solar, producen electricidad. La corriente fluye hacia los catalizadores que convierten el agua en hidrógeno y oxígeno, con una eficiencia de luz solar a hidrógeno de hasta el 6,7%.

Este tipo de catálisis no es nuevo, pero el laboratorio empaquetó una capa de perovskita y los electrodos en un solo módulo que, cuando se deja caer en el agua y se coloca a la luz del sol, produce hidrógeno sin más entradas.

La plataforma presentada por Lou, autor principal, y por el becario postdoctoral de Rice Jia Liang en la revista ACS Nano de la Sociedad Americana de Química, es un productor autosuficiente de combustible que, según ellos, debería ser simple de producir a gran escala.

“El concepto es similar a una hoja artificial“, dijo Lou. “Lo que tenemos es un módulo integrado que convierte la luz solar en electricidad que a su vez impulsa una reacción electroquímica. Utiliza el agua y la luz solar para obtener combustibles químicos”.

Sección transversal a través de microscopio electrónico y esquema que muestran la estructura de un catalizador integrado, alimentado por energía solar, capaz de dividir el agua en combustible de hidrógeno y oxígeno. El módulo desarrollado en la Universidad de Rice puede ser sumergido en agua directamente, para producir combustible cuando se expone a la luz solar. (Foto: Jia Liang/Rice University)

Las perovskitas son cristales que se sabe recogen luz. Las células solares de perovskita más eficientes producidas hasta ahora alcanzan una eficiencia superior al 25%, pero dichos materiales son caros y tienden a verse estresados por la luz, la humedad y el calor.

“Jia ha sustituido los componentes más caros, como el platino, en las células solares de perovskita por alternativas como el carbono”, dijo Lou. “Eso reduce la barrera de entrada para su adopción comercial. Los dispositivos integrados como este son prometedores porque crean un sistema que es sostenible. No se requiere energía externa para mantener el módulo en funcionamiento”.

Liang dijo que el componente clave puede no ser la perovskita sino el polímero que la encapsula, protegiendo al módulo y permitiendo que se sumerja durante largos períodos. “Otros han desarrollado sistemas catalíticos que conectan la célula solar fuera del agua a los electrodos sumergidos con un cable”, dijo. “Simplificamos el sistema encapsulando la capa de perovskita con una película de Surlyn (polímero)”.

La película permite que la luz del Sol llegue a la célula solar mientras la protege y sirve como aislante entre las células y los electrodos, dijo Liang.

“Con un diseño inteligente del sistema, potencialmente se podría hacer un bucle autosuficiente”, dijo Lou. “Incluso cuando no hay luz solar, puedes usar la energía almacenada en forma de combustible químico. Puedes poner los productos de hidrógeno y oxígeno en tanques separados e incorporar otro módulo como una celda de combustible para convertir esos combustibles en electricidad”.

Los investigadores dijeron que continuarán mejorando la técnica de encapsulado así como las propias células solares para aumentar la eficiencia de los módulos. (Fuente: NCYT Amazings)

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