La solución planteada por Leyre Catalán ha sido demostrada con varios prototipos instalados en el volcán del Teide (Tenerife) y en el Parque Nacional de Timanfaya (Lanzarote), y ya ha sido patentada. Las principales aplicaciones de este desarrollo son suministrar energía a estaciones de vigilancia volcánica y generar electricidad renovable, a media escala, en yacimientos de roca caliente seca.
Los generadores termoeléctricos son dispositivos que permiten transformar directamente un flujo de calor en electricidad. Para ello, el elemento principal son los módulos termoeléctricos, que se encargan de realizar esa transformación gracias al efecto Seebeck. “Como la eficiencia de estos módulos aumenta con la diferencia de temperatura entre sus caras, es necesario incluir intercambiadores de calor para maximizar esa diferencia acercando la cara caliente de los módulos a la temperatura de la fuente de calor y la cara fría, a la temperatura ambiente”, explica Leyre Catalán en la web de la UPNA.
En su tesis doctoral ha realizado un profundo análisis de intercambiadores de calor y ha concluido que los más adecuados para extraer el calor superficial del suelo son aquellos basados en el cambio de fase. “Gracias a esta solución se consigue maximizar el salto de temperaturas disponible sin ningún equipo auxiliar (bombas, ventiladores…) ni partes móviles, obteniendo así un equipo muy robusto y que requiere un mantenimiento mínimo”.
Dos aplicaciones muy diferentes
La tecnología desarrollada se ha empleado para dos aplicaciones muy diferentes. En primer lugar, ha permitido hacer autónomos los equipos de vigilancia volcánica, algo importante teniendo en cuenta que un 10% de la población mundial se encuentra en riesgo por una erupción volcánica.
Hoy en día, se puede predecir cuándo van a ocurrir estas erupciones, ya que los volcanes envían continuamente señales de su estado. “El problema es que normalmente están situados en lugares remotos, donde no existe suministro de energía para los equipos de vigilancia —indica la autora del trabajo—. Aunque a veces se emplean paneles fotovoltaicos y baterías para transformar la energía del sol en electricidad, esta solución no es válida para todos los volcanes del mundo, ya que algunos se encuentran a altas latitudes donde no hay sol durante meses o con grandes altitudes, donde se producen nevadas que cubren los paneles fotovoltaicos e inhabilitan este tipo de suministro de energía”.
La solución ideada por Catalán consiste en aprovechar uno de los signos de actividad volcánica, la emisión de calor en forma de fumarolas, para transformarlo directamente en electricidad con los generadores termoeléctricos. “Esta solución ha sido demostrada con un prototipo instalado en el volcán del Teide y lleva un año funcionando de manera ininterrumpida. Recoge diferentes variables de vigilancia volcánica y las transmite a 14 km de distancia, todo ello gracias a la energía generada con solo dos módulos termoeléctricos. De esta manera, la viabilidad y robustez de la solución ha quedado demostrada; el siguiente paso será llevarlo a otros volcanes del mundo para asegurar su correcta vigilancia”.
En segundo lugar, y en una escala totalmente diferente, la tecnología ha demostrado ser también viable para generar electricidad en yacimientos de roca caliente seca. Hasta ahora, el único método para generar electricidad en este tipo de yacimientos era mediante sistemas geotérmicos estimulados, “pero es un método que requiere la fractura de la roca, lo cual podría inducir terremotos”, explica la ingeniera.
En yacimientos de roca caliente seca superficiales, como es el caso del existente en el Parque Nacional de Timanfaya, donde se alcanzan temperaturas de hasta 500°C a tan solo 2 metros de profundidad, los generadores termoeléctricos han demostrado ser una alternativa viable, como ha quedado demostrado
con la instalación de un prototipo el parque. Concretamente, este sondeo tiene una temperatura de 170°C y en él se han generado entre 30 y 35 W de potencia con un total de 16 módulos termoeléctricos.
Este sistema de generación tiene, además, la ventaja de ser totalmente modular, por lo que un incremento de la potencia generada se puede conseguir simplemente aumentando el número de módulos termoeléctricos instalados. “Gracias a un modelo computacional, también desarrollado en esta tesis doctoral, se ha estimado que en los 5.000 m2 del Parque Nacional de Timanfaya de los que se conocen las anomalías geotérmicas, se podría generar suficiente electricidad como para abastecer a 200 hogares”.
Apoyo público
La tesis “Design and experimental development of thermoelectric generators for shallow geothermal anomalies of volcanic origin” ha sido codirigida por el catedrático David Astrain Ulibarrena y la profesora Patricia Aranguren Garacochea, ambos del departamento de Ingeniería de la UPNA, y ha obtenido la calificación de sobresaliente “cum laude” con mención internacional.
La tesis ha sido financiada gracias a las ayudas para la formación de profesorado universitario (FPU) del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, y se enmarca dentro del proyecto de investigación “Diseño y desarrollo experimental de prototipos para la generación eléctrica mediante efecto termoeléctrico en anomalías geotérmicas superficiales de origen volcánico: aplicación en los sistemas volcánicos de Timanfaya (Lanzarote) y Teide (Tenerife)”.
Este proyecto está cofinanciado por FEDER/Ministerio de Ciencia e Innovación, el Instituto Tecnológico de energías Renovables de Canarias (ITER) y el Instituto Volcanológico de Canarias (Involcan). También participan el Grupo de Investigación en Ingeniería Térmica y de Fluidos de la UPNA, la Agencia Insular de la Energía de Tenerife (AIET) y el Instituto Geológico y Minero de España (IGME).
