Investigadores de la Universidad Pública de Navarra (UPNA), pertenecientes al Instituto de Smart Cities (ISC), han logrado generar energía eléctrica en la Antártida de manera continua a partir del calor geotérmico que se libera a través de fumarolas volcánicas. El grupo de Ingeniería Térmica y de Fluidos (ITF) de la UPNA ha desarrollado una tecnología que constituye un avance en la monitorización en tiempo real de fenómenos geológicos y volcánicos. Una expedición 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.
Por primera vez, la UPNA participa en una campaña polar antártica gracias al proyecto ‘Generadores termoeléctricos autónomos para vigilancia volcánica’ (Vivoteg). Se trata de un proyecto financiado por la Agencia Estatal de Investigación y coordinado por el Comité Polar Español con el apoyo logístico de la Armada Española. La expedición de la UPNA se encuentra trabajando en Isla Decepción de la Antártida, 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.
Generadores termoeléctricos con el calor geotérmico
La Antártida es uno de los entornos más desafiantes del planeta por sus características climáticas extremas y las variaciones de luz solar, con meses de oscuridad continua durante el invierno, por lo que los paneles fotovoltaicos son menos fiables y eficientes durante gran parte del año. También es una zona complicada para el acceso y la logística, lo que complica el mantenimiento y la reparación de los equipos. Por lo tanto, cualquier tecnología debe ser excepcionalmente robusta y requerir un mantenimiento mínimo.
Los generadores termoeléctricos geotérmicos diseñados por la UPNA no emplean partes móviles, lo que reduce al mínimo el mantenimiento y convierte a estos dispositivos en generadores eléctricos muy robustos. En esta primera campaña en el Polo Sur, los dos prototipos de generadores termoeléctricos ya han registrado 6 W de potencia eléctrica, la necesaria para alimentar los sensores de vigilancia e investigación volcánica y hacer posible su funcionamiento durante todo el año.
Además, es un diseño modular, por lo que se puede aumentar la potencia producida instalando más módulos termoeléctricos. Según los primeros resultados obtenidos, 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.
Suministro continuo de energía en condiciones climáticas adversas
La importancia de este avance en la investigación radica en el 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. Sin embargo, esta tecnología solar presenta graves problemas debido a la discontinuidad del suministro energético en 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.
La aplicabilidad de esta tecnología a la geotermia ya ha sido probada por el grupo en Ingeniería Térmica y de Fluidos (ITF) en los generadores termoeléctricos instalados en el Parque Nacional de Timanfaya (Lanzarote) y en el Teide (Tenerife).