Cemento inteligente que almacena electricidad

En lugar de agregar baterías a los edificios para convertirlas en centrales eléctricas virtuales, ¿qué pasaría si pudiéramos utilizar el edificio para almacenar electricidad? Ese es el pensamiento detrás de la investigación en la Universidad de Lancaster en el Reino Unido que ha creado un «cemento inteligente» que puede almacenar de manera rentable la electricidad generada por energía solar para usarla cuando sea necesario.

Hecho de flyash y soluciones químicas, los nuevos composites de potasio geopolimétrico (KGP) son más baratos que el cemento ordinario de Portland, que es actualmente el material de construcción más utilizado. Son fáciles de producir y, debido a que la conductividad se logra mediante iones de potasio que saltan a través de la estructura cristalina, no necesita ningún aditivo complejo o costoso.

El equipo de investigación, dirigido por el profesor Mohamed Saafi , creó compuestos KGP basándose en la difusión de iones de potasio dentro de la estructura para almacenar energía eléctrica y detectar tensiones mecánicas. Cuando esté totalmente optimizado, las mezclas de «cemento inteligente» de KGP podrían almacenar y descargar tanto como 200 y 500 vatios por metro cuadrado.

«Hemos demostrado por primera vez que las mezclas de cemento KGP se pueden utilizar para almacenar y entregar energía eléctrica sin la necesidad de aditivos caros o peligrosos», dijo el profesor Saafi en una entrevista reciente.

Si, por ejemplo, el exterior de una casa se construyera usando KGP y se conectara a una fuente de energía como paneles solares, sería fácilmente capaz de almacenar energía durante el día cuando está desocupada y luego descargar su energía durante las horas de la tarde cuando los ocupantes están casa. Las paredes interiores de la partición dentro de una casa podrían usarse en su lugar o además para crear un exceso de energía, que luego podría venderse a la red.

No solo las casas podrían beneficiarse con el nuevo material, solo considere todas las formas en que actualmente usamos cemento. Los postes de luz hechos de cemento inteligente, por ejemplo, podrían usarse para quitar el alumbrado público completamente fuera de la red. Una farola típica usa 700 vatios cada noche, lo que significa que una farola de 6 metros de altura fabricada con KGP mantendría suficiente energía renovable para alimentarse durante toda la noche. El pavimento KGP o las aceras podrían almacenar energía para alimentar los sensores inteligentes de la calle que monitorean el tráfico, el drenaje y la contaminación, creando nuevas posibilidades para Internet a nivel de calle de las cosas en las ciudades inteligentes.

«Estas mezclas rentables podrían usarse como partes integrales de edificios y otras infraestructuras como una forma económica de almacenar y entregar energía renovable, alimentar el alumbrado público, semáforos y puntos de carga de vehículos eléctricos», agregó el profesor Saafi.

Una gran cantidad de estructuras grandes como puentes, túneles, estacionamientos y pasos elevados podrían hacerse con KGP también podría ser utilizado para crear grandes cantidades de energía con el fin de equilibrar la red en nuestras ciudades cada vez más hambrientas de poder. Esto, sin duda, sería bienvenido por los servicios públicos que podrían administrar estos nuevos depósitos de energía para responder rápidamente a las demandas de electricidad sin la necesidad de una generación adicional.

Luego considere edificios, estructuras que podrían utilizar enormes cantidades de cemento y grandes cantidades de almacenamiento de energía. Actualmente, los sistemas de baterías estacionarias instaladas en o alrededor de los edificios están permitiendo que esas instalaciones acumulen energía solar en la azotea para liberarla durante la noche.

Los edificios construidos con KGP podrían acumular el exceso de energía almacenada para vender a los vecinos o volver a la red, transformando esencialmente los edificios en centrales eléctricas virtuales rentables, pero sin el espacio o la inversión financiera generalmente asociados con el almacenamiento de energía.

KGP no es solo un cemento con capacidades de almacenamiento de energía, sin embargo. Otro beneficio clave es que la mezcla es estructuralmente «auto sensible». Los cambios en el estrés mecánico, causados ​​por cosas como grietas, altera el mecanismo de salto de iones a través de la estructura y, por lo tanto, la conductividad del material. Estos cambios significan que la salud estructural de los edificios puede monitorearse automáticamente, midiendo la conductividad, sin la necesidad de sensores adicionales.

Actualmente, la salud estructural de edificios, puentes y otras construcciones se controla con controles visuales de rutina basados ​​en datos históricos y tecnología de sensores externos. Las estructuras que incluyen secciones hechas de KGP en puntos críticos de estrés proporcionarían alertas instantáneas precisas cuando ocurran defectos estructurales, como grietas.

«Estas mezclas rentables podrían usarse como partes integrales de edificios y otras infraestructuras como una forma económica de almacenar y entregar energía renovable, alimentar alumbrado público, semáforos y puntos de carga de vehículos eléctricos», dijo el profesor Saafi, del Departamento de Ingeniería de la Universidad de Lancaster. «Además, las propiedades inteligentes del concreto lo hacen útil para ser utilizado como sensores para monitorear la salud estructural de edificios, puentes y carreteras» agregó.

La investigación se describe en el documento «Compuesto cementicio geopolimétrico inherentemente multifuncional como almacenamiento de energía eléctrica y material estructural de autodetección» que se publicará en la revista ‘Composite Structures’. el 1 de octubre de 2018. Los investigadores ahora están realizando estudios en profundidad para optimizar el rendimiento de las mezclas de KGP y también están estudiando la impresión 3D como una forma de utilizar el cemento para crear diferentes formas arquitectónicas.

Si se desarrolla aún más, no es inconcebible que podamos ver un futuro en el que todas las viviendas estén construidas con KGP u otros materiales inteligentes que puedan almacenar electricidad. De hecho, como señala el profesor Saafi, incluso los edificios existentes podrían tener los paneles KGP retroajustados para proporcionar funciones básicas, cosméticas, de almacenamiento energético y de control estructural de la salud, y podemos estar seguros de que nuestras ciudades se vuelven inteligentes cuando incluso el cemento se vuelve inteligente!

Con información de: www.secureweek.com

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