LA ENERGIA DE LAS CIUDADES, UN FACTOR MAS DEL CAMBIO CLIMATICO

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La influencia de las áreas urbanas sobre la circulación de la atmósfera alcanza miles de kilómetros
En la imagen de la Tierra vista de noche, desde satélite, destacan las concentraciones urbanas por la iluminación. / NASA
La energía que se desaprovecha en las grandes áreas urbanas del mundo desarrollado tiene una influencia mucho mayor de lo que se suponía en la circulación atmosférica mundial. No se trata solo de que las ciudades sean islas de calor, sino de que el calor residual de las emisiones del tráfico, la calefacción, el aire acondicionado y las industrias producen cambios en la circulación atmosférica global que explican anomalías observadas a miles de kilómetros de las ciudades, pero no explicadas hasta ahora por los modelos de cambio climático.
Investigadores de varios centros estadounidenses han unido sus fuerzas para incorporar el calor que resulta del consumo de energía de origen fósil a los modelos de clima globales. Han encontrado que los efectos de este factor, tales como el calentamiento en invierno de hasta 1 grado centígrado en Rusia, el norte de Asia y la zona central de Canadá son similares a los que se han observado en la realidad durante la segunda mitad del siglo XX. También explica el enfriamiento de hasta un grado centígrado que se ha observado en Europa occidental durante el invierno.
“La quema de combustibles fósiles no solo emite gases de efecto invernadero sino que también afecta directamente a las temperaturas debido al calor que escapa de fuentes como edificios y automóviles”, explica Aixe Hu, del Centro Nacional de Investigación Atmosférica, (NCAR), que ha participado en el estudio, publicado en Nature Climate Change. “Aunque gran parte de este calor desaprovechado se emite desde las grandes ciudades, puede cambiar los patrones atmosféricos de forma que afecte a las temperaturas a distancias muy considerables
Dado que las mayores concentraciones urbanas se encuentran en el hemisferio Norte, el efecto se produce sobre todo en esta mitad del mundo. Además de las zonas citadas, en China hay un calentamiento de medio grado en invierno, mientras que en otoño el enfriamiento afecta extensamente a Rusia, Canadá, el medio oeste de Estados Unidos, mientras que se calienta el norte de Europa. Entre los cambios observados en la circulación atmosférica está un desplazamiento hacia el ecuador de la corriente de chorro invernal de latitudes medias, la que afecta a Europa occidental.
Aunque el efecto neto sobre las temperaturas medias globales de la energía emitida por las grandes áreas urbanas es prácticamente despreciable, a escala regional este efecto es cuantificable en algunas zonas. El calor residual total producido por la actividad humana constituye solo el 0,3% del calor total transportado en latitudes altas por las circulaciones atmosférica y oceánica, señalan los expertos citados por el NCAR.

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EXPERIMENTO BATE EL RÉCORD MUNDIAL DE TELEPORTACIÓN CUÁNTICA

 Investigadores de Austria, Canadá, Alemania y Noruega, con financiación de la ESA, han logrado transferir las propiedades físicas de una partícula de luz, un fotón, a otra partícula mediante teleportación cuántica, estableciendo así un vínculo que cubre los 143 Km que separan el telescopio Jacobus Kapteyn, en la isla canaria de La Palma, y la Estación Óptica de Tierra de la ESA en Tenerife, de España ambas islas.

Ambas partículas deben antes ‘entrelazarse’. Una vez hecho esto, la medida de una determinada propiedad física, como la polarización o el espín, generará el mismo resultado en ambas partículas, independientemente de cuán alejadas están y sin que se transfiera físicamente ninguna otra señal entre ellas.

La teleportación cuántica no es copiar, en el sentido más estricto del término, puesto que el acto de transferir información de una partícula a otra destruye la partícula original -sus características se transfieren a la partícula entrelazada-.

Albert Einstein se refirió al fenómeno del entrelazamiento cuántico como una “espeluznante acción a distancia”, pero se trata de un fenómeno físico documentado y fundamental en una futura generación de ordenadores ultrapotentes, basados en la teleportación de bits cuánticos o qubits. También es esencial en sistemas inviolables de comunicación encriptada.

“La primera teleportación cuántica tuvo lugar en condiciones de laboratorio. El desafío aquí ha sido mantener el entrelazamiento entre ambos fotones a una distancia de 143 Km, a pesar de las perturbaciones de las condiciones atmosféricas”.

El experimento hubo de ser diseñado con el máximo cuidado, pues exigía una relación señal-ruido muy baja.

Se instalaron detectores de fotones muy sensibles, y se sincronizó los relojes en las estaciones de origen y de destino con una precisión de 3.000 millonésimas de segundo.

Con esto último los investigadores se aseguraban de que se detectaban los fotones correctos -la precisión máxima que proporciona la señal GPS es de 10.000 millonésimas de segundo-.

Los equipos tuvieron que esperar casi un año, después del fallo de un primer intento debido al mal tiempo.

Los dos telescopios están localizados en terreno volcánico, a 2.400 metros de altura, y deben hacer frente a condiciones meteorológicas duras para este tipo de medidas, como viento, lluvia, nieve y tormentas de polvo.

El experimento finalmente tuvo lugar en mayo pasado, y se logró establecer un nuevo récord en cuanto a distancia de la teleportación.

“El siguiente paso será conseguir la teleportación con un satélite en órbita, para demostrar que la comunicación cuántica es posible a escala global”, ha comentado Rupert Ursin, de la Academia Austriaca de Ciencias.

La campaña de medición entre islas se llevó a cabo en el marco del Programa de estudios Generales de la ESA para demostrar que es posible la teleportación cuántica para futuras misiones espaciales.

El experimento es también un excelente ejemplo de cómo los científicos de diferentes Estados Miembros de la ESA pueden aunar fuerzas y llevar a cabo experimentos extraordinarios con la Estación Óptica de Tierra de la ESA. (Fuente: ESA)

ENERGÍA SOLAR ULTRAEFICIENTE

El invierno pasado, una start-up llamada Semprius estableció un récord importante para la energía solar: demostró que sus paneles solares pueden convertir en electricidad casi el 34 por ciento de la luz que les llega. Semprius afirma que su tecnología, cuando se despliegue a gran escala, será tan eficaz que en algunos lugares podría producir electricidad a un precio que competirá con el de las plantas termoeléctricas de carbón y gas natural.

Como las instalaciones solares tienen muchos gastos fijos, entre los que está el alquiler de terrenos para colocar los paneles, resulta importante maximizar la eficacia de cada panel para poder reducir el precio de la energía eléctrica de origen solar. Las empresas están probando formas distintas de hacerlo, entre ellas usar otro tipo de materiales, no solo silicio, el semiconductor que se usa más frecuentemente para fabricar paneles en la actualidad.

Por ejemplo, una start-up llamada Alta Devices fabrica láminas flexibles de células fotovoltaicas con un material muy eficiente llamado arseniuro de galio. Semprius también usa arseniuro de galio, que es mejor que el silicio a la hora de convertir la luz en electricidad (el récord de eficiencia para un panel solar de silicio es aproximadamente de un 23 por ciento). Pero el arseniuro de galio es mucho más caro que el silicio, así  que Semprius intenta compensar este gasto de distintas maneras.

Una de ellas es reduciendo el tamaño sus células fotovoltaicas -los elementos individuales que absorben luz en un panel solar- a 600 micrómetros de alto, 600 de ancho y 10 de espesor. Su proceso de fabricación deriva de las investigaciones del cofundador de la empresa, John Rogers, profesor de química e ingeniería en la Universidad de Illinois (EE.UU.), que descubrió una forma de cultivar las pequeñas células sobre una oblea de arseniuro de galio, despegarlas rápidamente y seguir usando la oblea para fabricar más. Una vez instaladas, Semprius maximiza la producción eléctrica de las células colocándolas bajo unas lentes de cristal que concentran la luz unas 1.100 veces.

La idea de concentrar la luz del sol sobre los paneles solares no es nueva, pero con las células de silicio, que son más grandes, normalmente hace falta un sistema de refrigeración para dispersar el calor que este proceso genera. Las pequeñas células de Semprius producen tan poco calor que no necesitan refrigeración, lo que reduce aún más el coste. Scott Burroughs, vicepresidente de tecnología en Semprius, afirma que las compañías eléctricas que usen su sistema podrían generar electricidad a unos ocho centavos de dólar por kilovatio hora (unos 6 céntimos de euro) dentro de pocos años. Eso es menos que precio medio de la electricidad en Estados Unidos, que era de unos 10 centavos de dólar por kilovatio hora (unos 7,5 céntimos de euro) en 2011, según la Agencia de Información de la Energía.

No obstante, las ventajas del sistema de Semprius se ven atenuadas por las limitaciones que tiene usar lentes para concentrar la luz: el sistema funciona mejor cuando las células reciben la luz directa del sol en días despejados, y la producción de energía cae significativamente en cualquier otra circunstancia. Aún así, podría servir para proyectos a gran escala en lugares como el suroeste de Estados Unidos.

Para empezar, Semprius tiene que producir sus paneles a gran escala. La compañía, que ha recaudado unos 44 millones de dólares (unos 33 millones de euros) de empresas de capital riesgo y de Siemens (que construye plantas solares), planea abrir este año una pequeña fábrica en Carolina del Norte capaz de producir una cantidad anual de paneles solares suficiente para generar seis megavatios de electricidad. La empresa espera ampliar esa cantidad a 30 megavatios para finales de 2013, pero para lograrlo debe recaudar una cantidad de fondos sin especificar en un ambiente poco favorable a las start-ups energéticas con grandes necesidades de capital.

Todo esto se suma a la necesidad de que Semprius reduzca sus costes de fabricación lo suficientemente rápido como para poder competir con los paneles solares convencionales de silicio, cuyos precios han caído a la mitad solo en 2011.

Este artículo pertenece a la serie ‘TR10: Tecnologías Emergentes 2012’, que reúne las 10 tecnologías emergentes más importantes y con mayor potencial.