La electricidad inalámbrica está en el horizonte y podría enviar energía directamente a tu casa
La transmisión de energía podría permitir que una central eléctrica espacial en órbita suministre un gigavatio de energía solar, suficiente para abastecer a alrededor de un millón de hogares al año.
Desde que un ingeniero accionó un interruptor en la central eléctrica Pearl, en el centro de Manhattan, en 1882, la transmisión de electricidad en todo el mundo se ha realizado mediante cables. Ya sea a través de líneas de transmisión de alta potencia, líneas de distribución de baja potencia o simplemente el enchufe de 120 voltios de la cocina, son cables de principio a fin.
Si bien esto puede ser adecuado para nuestros hogares, negocios y iPhones, los postes y cables eléctricos no son convenientes para todas las situaciones, ni ahora ni en el futuro. Quizás simplemente resulte demasiado costoso tender líneas de transmisión engorrosas o cables de fibra óptica a una isla remota. Además, existen aplicaciones espaciales. No es fácil tender cables desde satélites de captación solar hasta centrales eléctricas terrestres . Y con cada vez más industrias electrificadas como parte del ambicioso esfuerzo del planeta por eliminar las emisiones de carbono, la capacidad de enviar energía cuando y donde se necesite, con o sin cable, es más importante que nunca.
Por más de un siglo, científicos e ingenieros han explorado un enfoque innovador para la transmisión de energía sin necesidad de cables. Este concepto, conocido como transmisión inalámbrica de energía, ha sido objeto de décadas de investigación y desarrollo. Inventores y expertos han llevado a cabo diversos experimentos utilizando microondas, ondas de radio e incluso láseres con el objetivo de transferir energía de un punto a otro de manera eficiente.
La idea de la transmisión de energía se remonta a Nikola Tesla. Tesla, uno de los mayores inventores de la historia, siempre tuvo ideas peculiares. Algunas acabaron cambiando el mundo (la corriente alterna), mientras que otras eran simplemente desconcertantes (su profunda pasión por las palomas). Sin embargo, Tesla también podía ser una especie de adivino tecnológico. En 1926, Tesla escribió en la revista Collier’s que «a través de la televisión y la telefonía nos veremos y oiremos tan perfectamente como si estuviéramos cara a cara» con dispositivos que «caben en los bolsillos de nuestros chalecos». Los chalecos no duraron mucho, pero los primeros teléfonos inteligentes llegaron casi 80 años después.
Luego está, posiblemente, su proyecto más ambicioso: el Sistema Inalámbrico Mundial. Fiel a su nombre, el sistema podría transmitir electricidad a través de la ionosfera terrestre, utilizando esencialmente el propio planeta como conductor, o al menos esa era la esperanza de Tesla. Por razones financieras, prácticas y científicas, el Sistema Inalámbrico Mundial de Tesla quedó relegado al olvido. Sin embargo, la idea de enviar energía de forma inalámbrica perduró.
“Tesla estaba pensando en métodos de inducción… estaba pensando en usar campos eléctricos para inducir una corriente en otro lugar”, dice Stephen Sweeney, Ph.D., profesor de fotónica y nanotecnología en la Universidad de Glasgow. “Eso funciona bien en distancias cortas… pero cuando uno empieza a alejarse, no suele ser muy bueno”.
La clave residía en descubrir cómo dirigir las ondas electromagnéticas. Tras las innovaciones tecnológicas de la Segunda Guerra Mundial, los científicos contaban con un par de respuestas a este enigma de la ingeniería: las microondas y los láseres.
En 1964, el ingeniero eléctrico estadounidense William C. Brown pilotó con éxito un pequeño helicóptero durante 10 horas continuas mediante la emisión de microondas. En 1975, Brown, junto con el científico de la NASA Richard Dickson, logró emitir 30 kilovatios de energía directa a lo largo de una milla utilizando microondas emitidas desde una antena de 26 metros con forma de cuenco llamada Venus, pero con una eficiencia de solo el 50 %. Ambos experimentos fueron logros técnicos, sin duda, pero no lo suficientemente buenos ni escalables como para resultar de gran utilidad.
En las décadas siguientes, los avances tecnológicos comenzaron a convertir la transmisión de energía, pasando de ser un experimento novedoso a una necesidad energética. Entre ellos se incluyen el auge de las computadoras, la energía fotovoltaica, los láseres y los transistores. La sociedad también impulsó la electrificación ante el implacable cambio climático.
“Cuando se propuso por primera vez, era tecnológicamente imposible… desde entonces, la tecnología ha evolucionado”, dice Sweeney. “Pero en los últimos años, lo que realmente ha hecho que este tipo de cosas resurjan es que ciertas se han vuelto más económicas de fabricar”.
Rick Hodgson, gerente de desarrollo comercial de EMROD, empresa neozelandesa de transmisión de energía, considera que la transición hacia el abandono de los combustibles fósiles es otra razón importante por la que la transmisión inalámbrica de energía finalmente se está tomando en serio. «Activos que antes operaban con combustibles fósiles se están volviendo completamente eléctricos», afirma Hodgson. «Una empresa minera australiana anunció un acuerdo de 4000 millones de dólares con Liebher para suministrar más de 450 vehículos totalmente eléctricos».
Ahora el reto es que estos vehículos eléctricos necesitan recargarse. Pero con la transmisión de energía, los camiones mineros eléctricos, los drones y los satélites podrían seguir funcionando con carga continua. Lo mismo ocurre con el creciente número de sensores inteligentes que impulsan nuestro mundo interconectado.
Todas las nuevas tecnologías son competitivas, pero la transmisión de energía es única. Esto se debe, en parte, a que muchas longitudes de onda del espectro electromagnético pueden ser útiles para la transmisión de energía. Como ocurre con cualquier fuente de energía, las inevitables desventajas dependen de cómo se utilice esta tecnología.
El sistema de EMROD, por ejemplo, parte de energía proveniente de la red eléctrica. El sistema convierte esa corriente continua (CC) en microondas y las transmite en un haz colimado entre una antena transmisora y una antena receptora. Finalmente, convierte el haz de nuevo en CC para su uso. La mayoría de los sistemas de transmisión de energía, si no todos, funcionan de forma similar, pero la diferencia radica en la longitud de onda específica utilizada entre las dos antenas.
Las microondas pueden atravesar la atmósfera sin perder mucha potencia, afirma Sweeney, experto en fotónica que ha trabajado en numerosos proyectos de emisión de energía mediante láser. «La gran desventaja es, en última instancia, física, ya que la capacidad de concentrar el haz depende de la longitud de onda».
Al emitir microondas desde distancias relativamente cortas, como en una fábrica automatizada, o distancias medias, como a una isla remota, las antenas pueden permanecer relativamente pequeñas. Pero intentar la misma hazaña utilizando satélites de captación solar en el espacio requeriría una antena receptora de muchos kilómetros cuadrados . ¿Quieres emitir energía desde una hipotética esfera de Dyson que encapsula el Sol? Olvídalo.
Los sistemas basados en láser, por otro lado, presentan ventajas y desventajas similares, pero a la inversa. Los láseres son más susceptibles a las perturbaciones atmosféricas, pero debido a que su longitud de onda está en el rango micrométrico (no en centímetros como las microondas), «se puede concentrar mucho más el haz y, por lo tanto, se pueden fabricar receptores pequeños… el equivalente de un receptor para una emisión espacial basada en láser es de decenas de metros», afirma Sweeney.
Luego está la zona ideal, donde las longitudes de onda no son ni demasiado pequeñas ni demasiado grandes. Aquí es donde entra en juego Reach Power, con sede en EE. UU., ya que su tecnología de transmisión de potencia se basa en ondas de radio en el rango milimétrico.
«Creo que nuestro caso de uso será inferior a 25 kilómetros», afirma Chris Davlantes, director ejecutivo de Reach Power. Si bien no reemplazará líneas de transmisión de cientos de kilómetros, podría funcionar para «un paisaje urbano con robots, robotaxis o drones en el cielo, o plataformas de sensores distribuidos, o como sustitutos de generadores de emergencia».
La transmisión de energía es ahora una iniciativa global, con inversiones en EE. UU. canalizadas hacia el sector militar y hacia la energía verde en Europa. Asia ha observado un gran interés en las empresas de telecomunicaciones y Japón lidera la transmisión de energía espacial. Con todas estas aplicaciones, ¿cuándo se generalizará finalmente la transmisión de energía?
Está más cerca de lo que crees.
Tecnologías emocionantes como la energía de fusión, los coches voladores y otras fantasías tecnológicas parecen estar siempre a 30 años de distancia. Sin embargo, ese no es el caso de la transmisión de energía.
“Los primeros casos de uso a corto plazo… son sensores de muy bajo consumo”, afirma Davlantes. “Dispositivos que prácticamente se alimentan de una red wifi”. Empresas como Powercast y Wi Charge ya están desarrollando tecnologías para sensores de bajo consumo en hogares y comercios. Algunos ejemplos incluyen iluminación inteligente, sensores de movimiento y sensores de proximidad. Imagine caminar por el pasillo de un supermercado con pantallas dinámicas que se actualizan a distancia, todo ello alimentado por un concentrador de energía instalado en el techo.
Pero, como ocurre con la mayoría de las tecnologías desarrolladas en la historia moderna, los primeros en adoptarlas probablemente serán organizaciones como el ejército estadounidense, que puede absorber cualquier ineficiencia o costo energético debido a la gran necesidad de suministrar energía. Esto es particularmente valioso para el funcionamiento continuo de drones militares o para alimentar tecnología esencial en el campo de batalla.
La eficiencia es una obsesión que impulsa a EMROD, que ha colaborado con empresas de servicios públicos en Nueva Zelanda y en todo el mundo para probar su tecnología de transmisión de energía. La empresa afirma que su sistema de transmisores y receptores puede alcanzar una eficiencia del 95 % y sabe cómo alcanzar el 99 %.
En última instancia, EMROD busca construir una red eléctrica global, incluyendo la búsqueda de maneras de abastecer a comunidades remotas con poca conexión eléctrica. Denominada Matriz Energética Mundial, esta red espacial utilizaría esencialmente una constelación de satélites para captar energía solar ininterrumpida, transmitirla entre satélites y enviarla a cualquier lugar del mundo donde se necesite.
La agencia espacial japonesa, JAXA, está tan motivada por esta fuente potencial de energía que, para 2030, espera tener en órbita una central eléctrica espacial que suministre un gigavatio de electricidad, aproximadamente lo mismo que produce un reactor nuclear comercial al año.
Aunque estas aplicaciones espaciales aún se encuentran en ese elusivo reino de «a la vuelta de la esquina», más sueños terrestres de transmisión de energía están a punto de hacerse realidad. La tecnología es suficientemente buena y económica, y el escepticismo inicial que invadió la industria está desapareciendo.
“Al principio, las preguntas que recibía eran del tipo ‘esto es imposible… esto no va a funcionar’”, dice Davlantes. “El mayor cambio que he visto, incluso en los últimos cinco años, es que la gente ahora cree que es real”.
F
