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La energía renovable es la energía derivada de procesos naturales que se repone a un ritmo igual o más rápido que el ritmo al que se consume. Hay varias formas de energía renovable, que se derivan directa o indirectamente del sol, o del calor generado en las profundidades de la tierra. Incluyen la energía generada a partir de recursos solares, eólicos, geotérmicos, hidroeléctricos y oceánicos, la biomasa sólida, el biogás y los biocombustibles líquidos. La biomasa, sin embargo, es un recurso renovable sólo si su tasa de consumo no supera su tasa de regeneración.
A lo largo del tiempo se ha desarrollado una amplia gama de tecnologías y equipos de producción de energía para aprovechar estos recursos naturales. Como resultado, se puede producir energía utilizable en forma de electricidad, calor industrial, energía térmica para el acondicionamiento de espacios y agua, y combustibles para el transporte.
Con su gran masa de tierra y su diversa geografía, Canadá cuenta con abundantes recursos renovables que pueden utilizarse para producir energía. Canadá es líder mundial en la producción y utilización de energía procedente de recursos renovables. Los recursos energéticos renovables proporcionan actualmente el 18,9% del suministro total de energía primaria de Canadá.
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La energía térmica renovable es la tecnología de recolección de energía térmica de una fuente de energía renovable para su uso inmediato o para su almacenamiento en una batería térmica para su uso posterior. La forma más popular de energía térmica renovable es el sol y la energía solar se recoge mediante colectores solares para calentar agua, edificios, piscinas y diversos procesos. Otro ejemplo de energía térmica renovable es un sistema geotérmico o de bomba de calor geotérmica (GHP), en el que la energía térmica almacenada en el suelo durante el verano se extrae de la tierra para calentar un edificio en otra estación. Este sistema de ejemplo es “renovable” porque la fuente de energía térmica excedente es un proceso que se repite de forma fiable cada temporada de verano.
La energía solar se ha utilizado durante siglos para calentar viviendas y producir agua caliente antes de que se descubriera el gas natural de bajo coste. Ganó atención durante y después del embargo de petróleo de 1973, cuando los ingenieros investigaron formas de producir energía térmica a partir de una fuente renovable en lugar de combustibles fósiles.
La historia de la utilización del suelo como fuente de calor es más reciente y ha cobrado protagonismo en los últimos años, especialmente en las zonas rurales donde la calefacción por gas natural puede no estar disponible. La corteza exterior de la Tierra es una batería térmica que mantiene una temperatura media que es la misma que la temperatura media del aire en ese lugar. Esta “temperatura media del suelo” es una combinación en equilibrio de la ganancia solar del sol, la ganancia térmica del núcleo de la tierra y la pérdida de calor por conducción, evaporación y radiación. El gráfico de la derecha muestra un mapa de la “temperatura media del suelo” en lugares de Estados Unidos[1].
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Las células termofotovoltaicas funcionan calentando los materiales semiconductores lo suficiente como para aumentar considerablemente la energía de los fotones. A energías suficientemente altas, esas fotos pueden lanzar un electrón a través del “bandgap” del material, generando electricidad. Hasta ahora, las células TPV sólo han alcanzado un 32% de eficiencia porque funcionan a temperaturas más bajas.
En cambio, el nuevo diseño del MIT y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) obtiene la energía de fuentes de calor al rojo vivo de entre 1.900 y 2.400 grados Celsius (3.452 a 4.352 grados F). Para ello, utiliza aleaciones metálicas de “alto bando” asentadas sobre una aleación de bando ligeramente inferior.
La capa de banda ancha captura los fotones de mayor energía de una fuente de calor y los convierte en electricidad, mientras que los fotones de menor energía atraviesan la primera capa y aumentan la tensión. Los fotones que atraviesan las dos capas se reflejan en un espejo hacia la fuente de calor para evitar el desperdicio de energía.
Al medir la eficacia con un sensor de flujo térmico, el equipo descubrió que la potencia variaba con la temperatura. Entre los 1.900 y los 2.400 grados Celsius, el nuevo diseño de TPV producía electricidad con una eficiencia de alrededor del 40%.
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El Bloom Energy Server o Bloom Box es un generador de energía de pila de combustible de óxido sólido (SOFC) fabricado por Bloom Energy, de Sunnyvale, California, que toma una variedad de combustibles de entrada, incluidos hidrocarburos líquidos o gaseosos[1] producidos a partir de fuentes biológicas, para producir electricidad en el lugar donde se va a utilizar o cerca de él[2][3]. [Según la empresa, una sola célula (una placa de 100 mm × 100 mm formada por tres capas de cerámica) genera 25 vatios[5].
Las pilas de combustible tienen una esperanza de vida operativa de unos 10 años; según las predicciones sobre el coste del combustible, el punto de “equilibrio” para quienes compran el dispositivo es de unos 8 años. La tecnología de la pila sigue dependiendo de fuentes de energía no renovables para producir electricidad y, al no ser una pila de combustible de hidrógeno, sigue produciendo dióxido de carbono (un importante gas de efecto invernadero) durante su funcionamiento.
Wired informó de que el ingrediente secreto podría ser la circonia estabilizada con itria, basándose en la patente estadounidense 7572530 que se concedió a Bloom en 2009; este material es también uno de los materiales de electrolito más comunes en este campo[10] La solicitud de patente estadounidense 20080261099 , asignada a Bloom Energy Corporation, dice que el “electrolito incluye circonia estabilizada con itria y una circonia estabilizada con escandia, como una circonia estabilizada con ceria”.
