La energía térmica ambiental es de baja calidad, energía difusa.
Para obtener un trabajo útil de una fuente de energía, debe concentrarse. Los combustibles como el carbón, la gasolina o el gas natural ya están concentrados. El viento y la energía solar utilizan grandes áreas de recolección para concentrar la energía: los rotores de las turbinas eólicas sirven para recoger el viento y concentrarlo en el centro del rotor, y los grandes espejos o conjuntos de células fotoeléctricas concentran la luz solar.
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Pero es mucho más difícil (IIRC es imposible, ¡pero un ingeniero que pesa aquí ayudaría!) Concentrarse y usar energía térmica ambiental. Para que una fuente térmica se use, por ejemplo, para generar electricidad o conducir un automóvil, necesita una diferencia de temperatura entre la fuente de energía y el sumidero en el que finalmente se descarga el calor. Cuanto mayor es la diferencia de temperatura, más trabajo se puede extraer (más eficiente es la extracción).
Para la mayoría de las fuentes térmicas, el medio ambiente sirve como disipador de calor. Como el entorno está obviamente a la misma temperatura que el entorno, no se puede extraer energía de la energía térmica ambiental.
Podría, por supuesto, usar algo más frío que el medio ambiente como disipador de calor … pero tendría que gastar más energía para enfriar su disipador de calor de lo que podría obtener extrayendo el trabajo de la diferencia de temperatura. La segunda ley de la termodinámica prácticamente lo garantiza.
He aquí una explicación simplificada que escribí sobre cómo funcionan los motores térmicos y por qué no se puede convertir el 100% de la energía térmica en trabajo útil. Ha sido examinado por Frank Lambert, un experto en termodinámica; me dijo que al menos no era horrible. 🙂
Anexo: Hay un sistema que conozco que utiliza las diferencias térmicas ambientales para generar electricidad: la conversión de energía térmica oceánica. Debido a que la diferencia de temperatura no es más de aproximadamente 20-30 K sobre una temperatura base de aproximadamente 300 K, la eficiencia teórica de estos sistemas es bastante baja: 6-10%.
También hay energía geotérmica, que utiliza el calor interno de la Tierra como fuente de calor. Pero, de nuevo, no estás utilizando la energía térmica a nuestro alrededor; estás perforando hasta donde la Tierra es un poco más cálida que la superficie.