El IMB-CNM impulsa la transición energética con proyectos innovadores en energía limpia
Con motivo del Día Internacional de la Energía Limpia, el instituto destaca cuatro iniciativas clave en tecnologías de almacenamiento de energía, convertidores de potencia y microgeneradores termoeléctricos, reforzando su compromiso con un futuro sostenible.
En un mundo que enfrenta desafíos urgentes como el cambio climático, la transición energética se ha convertido en una prioridad global. Desde el Instituto de Microelectrónica de Barcelona, se trabaja en el desarrollo de soluciones innovadoras que impulsen el uso de energías limpias, optimizando su eficiencia y facilitando su implementación para promover un futuro sostenible. En el Día Internacional de la Energía Limpia, establecido por la Organización de las Naciones Unidas para el 26 de enero, el IMB-CNM reafirma su compromiso de enfrentar estos retos con microelectrónica.
Cinco de los ocho grupos de investigación del IMB-CNM cuentan con proyectos de investigación orientados a la energía limpia, principalmente en tecnologías de almacenamiento de energía, convertidores de potencia o microgeneradores termoelétricos. Además, el personal investigador con actividad en estos campos se integra dentro del Eje de Energía y Movilidad del instituto para promover sinergias y colaboraciones.
Con motivo del Día de la Energía Limpia, el Día de la Energía (14 de febrero) y el Día de la Eficiencia Energética (5 marzo), el IMB-CNM organiza dos sesiones para presentar proyectos de investigación. El 7 de febrero se darán cita aquellos centrados en la mejora de las tecnologías de harvesting o captación de energía, y el 14 de marzo habrá una segunda parte sobre las iniciativas enfocadas a la mejora de componentes de potencia para optimizar la eficiencia energética.
Transformar la generación de energía para dispositivos de bajo consumo
Los proyectos nanoDecoTEG (Micro Thermoelectric Harvesters based on Nanostructured Thin films) y ThinTEG (Silicon based micro thermoelectric generators with thin film silicides and perovskite) se centran en desarrollar microgeneradores termoeléctricos (uTEGs) basados en capas finas nanoestructuradas y/o materiales energéticamente asequibles, que sean no-estratégicos y respetuosos con el medio ambiente. Estos dispositivos uTEGs podrían suministrar la energía necesaria a sensores y actuadores autónomos que requieran un bajo consumo energético (sub-Watt), ocupando también un espacio mínimo.
“Ambos proyectos se basan en la hipótesis de que es posible crear materiales funcionales a partir de capas finas de siliciuros, peroskitas o capas finas nanoestructuradas o decoradas, con propiedades térmicas y eléctricas optimizadas y que además puedan integrarse con tecnologías estándar de silicio en uTEGs planares, pudiéndose aplicar a multitud de escenarios en los que se requiera sensórica de baja potencia, por ejemplo”, explica Llibertat Abad, investigadora del IMB-CNM.
Con la redución de escala, la eficiencia de las máquinas térmicas también se reduce. Además, en entornos con calor residual, los generadores termoeléctricos (TEGs) se presentan como una alternativa más eficiente y sostenible que las baterías en aplicaciones de Internet of Things. Sustituir las baterías, fabricadas con materiales escasos y costosos, por microgeneradores termoeléctricos (uTEGs) elaborados con materiales abundantes y económicos contribuirá a reducir la contaminación y a mitigar el cambio climático, favoreciendo la transición ecológica.
Ambos proyectos están liderados por Llibertat Abad y Marc Salleras. nanoDecoTEG es un Proyecto de Transición Ecológica y Digital 2021 financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MICIU) y por fondos de Unión Europea Next Generation; coordinado por IMB-CNM y la Universitat Autònoma de Barcelona. ThinTEG está financiado por MICIU y FEDER, coordinado por IMB-CNM y el Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC). En ambos casos participa personal investigador del Grupo de Microfabricación e integración de sensores y fuentes de energía (MESSI) del IMB-CNM, como Abad, Salleras, Luis Fonseca, Joaquín Santander y Carlos Carbonell. En nanoDecoTEG participan también Marta Fernández, Iñigo Martín y Francesc Pérez-Murano del Grupo de NEMS y Nanofabricación (NANONEMS).
nanoDecoTEG y ThinTEG se centran en desarrollar microgeneradores termoeléctricos (uTEGs) basados en capas finas nanoestructuradas y/o materiales energéticamente asequibles, que sean respetuosos con el medio ambiente y no-estratégicos.
Transformar el almacenamiento de energía renovable en escenarios adversos
El proyecto EPISTORE (Thin Film Reversible Solid Oxide Cells for Ultracompact Electrical Energy Storage) busca transformar el sector del almacenamiento de energía mediante el desarrollo de células sólidas reversibles de capa fina (TF-rSOCs) ultracompactas para aplicaciones de generación y transporte. Estas tecnologías permitirán almacenar energía renovable de forma más eficiente y sostenible, especialmente en escenarios en los que las baterías convencionales no son viables, como generación de energía en alta mar o almacenamiento a largo plazo.
Las células TF-rSOCs combinan avances en tecnología a escala nanométrica con materiales nunca explorados, ofreciendo soluciones radicales de almacenamiento de “Power-to-Gas” (P2G) y “Power-to-Power” (P2P) que son más compactas, rápidas y con un uso mínimo de materiales críticos. Este enfoque innovador aborda limitaciones actuales, como el uso de materiales raros y de grandes dimensiones, creando una base tecnológica para soluciones escalables y económicamente viables.
“EPISTORE potencia la energía verde facilitando el almacenamiento eficiente de energía renovable mediante células sólidas reversibles ultracompactas (TF-rSOCs). Esto permite superar la intermitencia de fuentes como la eólica o solar, convirtiendo electricidad en hidrógeno verde u otros combustibles”, explica Marc Salleras, investigador del IMB-CNM. Además, “reduce las emisiones de CO2, amplía el uso de renovables a sectores difíciles de descarbonizar y minimiza el uso de materiales críticos, por lo que la transición energética se vuelve más sostenible y viable”, agrega.
El proyecto está financiado por la Comisión Europea a través del programa Horizonte 2020 y también participa personal del grupo MESSI del IMB-CNM, liderado por Luis Fonseca y con la colaboración de Marc Salleras, Marta Fernández e Iñigo Martín.
EPISTORE busca el desarrollo de células sólidas reversibles de capa fina (TF-rSOCs) ultracompactas para aplicaciones de generación y transporte de energía permitirá almacenar energía renovable de forma más eficiente y sostenible, especialmente en escenarios en los que las baterías convencionales no son viables, como generación de energía en alta mar o almacenamiento a largo plazo.
Transformar la humedad ambiental en electricidad
El grupo MESSI y el grupo NanoUP (NanoQuímica y Materiales Supramoleculares) del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) han iniciado una colaboración para desarrollar un dispositivo MEG (Moisture Electric Generator), capaz de transformar la humedad presente en el aire en energía eléctrica. Aunque esta tecnología aún se encuentra en etapas iniciales, su potencial revolucionario es enorme.
El vapor de agua es un recurso abundante, incluso en zonas áridas. A lo largo de los años, estrategias presentes en la naturaleza —como las del escarabajo del desierto del Namib o las espinas de los cactus— han inspirado el diseño de tecnologías de captura de agua, basadas principalmente en la condensación al alcanzar el punto de rocío. Sin embargo, el objetivo de este proyecto va más allá de recolectar agua: se centra en fenómenos, como la adsorción, el transporte, los cambios de fase del agua, y la subsecuente generación y transporte de iones dentro de materiales avanzados.
En esencia, el dispositivo consiste en un material diseñado para generar un gradiente iónico de manera espontánea, aprovechando las diferencias de concentración de vapor de agua entre distintas zonas de su estructura o directamente creando un gradiente estructural y/o composicional. “Mediante una cuidadosa nanoingeniería de la porosidad y la superficie, la humedad se adsorbe y se desplaza en el interior del material, provocando una transferencia de carga (descrita por leyes como la difusión de Fick y la migración iónica según la relación de Nernst-Einstein) que finalmente se traduce en corriente eléctrica. Gracias a estos gradientes, el MEG puede suministrar energía continua siempre que exista vapor en el ambiente”, aclara Carlos Carbonell, investigador del grupo MESSI y principal investigador del proyecto.
Para convertir el MEG en una fuente viable para aplicaciones como el Internet de las Cosas (IoT) o monitores de salud portátiles, el equipo trabaja en la optimización de materiales ultraporosos y polímeros avanzados —desde la escala molecular hasta la macroscópica— y profundiza en los mecanismos que permiten convertir la humedad en electricidad. Se trata de un ámbito en vertiginosa evolución que podría combinarse con otras tecnologías de generación, como la termo-, piezo- o triboelectricidad, para integrarse en campos tan diversos como la indumentaria inteligente, la medicina de precisión o la arquitectura.
Esta colaboración supone un paso fundamental hacia soluciones energéticas sostenibles, capaces de aprovechar un recurso tan omnipresente como la humedad ambiental para producir electricidad limpia y renovable.
En la iniciativa participan Carbonell, Abad, Salleras y Arani Choudhury del IMB-CNM y Sahel Fajal e Inhar Imaz del ICN2.
El dispositivo consiste en un material diseñado para generar un gradiente iónico de manera espontánea, aprovechando las diferencias de concentración de vapor de agua entre distintas zonas de su estructura o directamente creando un gradiente estructural y/o composicional.