Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang en Corea del Sur desarrollaron un método para transformar el calor residual de centros de datos, baterías de vehículos eléctricos y fábricas en electricidad utilizando materiales económicos y abundantes. Esta innovación podría reducir la dependencia de metales escasos y costosos.
Cada vez que se utiliza inteligencia artificial, como al escribir consultas en ChatGPT, se genera una pequeña cantidad de calor en los servidores de los centros de datos. El incremento del uso de estas tecnologías ha elevado el consumo energético global, con consecuencias directas en la generación de calor no aprovechado. Además, baterías de vehículos eléctricos y grandes fábricas expulsan calor al ambiente, acentuando el problema.
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Desde hace años, ingenieros de todo el mundo buscan formas de capturar ese calor desperdiciado y convertirlo nuevamente en energía eléctrica. Tradicionalmente, los dispositivos termoeléctricos requerían materiales como bismuto y telurio, elementos escasos y con cadenas de suministro vulnerables.
La apuesta por el silicio y su transformación
El silicio es un material ampliamente disponible y de bajo costo, pero su eficiencia como elemento termoeléctrico era limitada por su alta conductividad térmica. El equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), liderado por el profesor Chang-Ki Baek y el candidato a doctorado Ki Yeong Kim, logró modificar radicalmente el comportamiento térmico del silicio a escala nanométrica.
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En lugar de emplear nanohilos sólidos convencionales, los investigadores desarrollaron nanotubos de silicio huecos. Este cambio de estructura permitió reducir la conductividad térmica en un 70% frente a los cables sólidos. Incluso cuando ambas estructuras presentaban la misma superficie, los nanotubos huecos mantenían una temperatura 33% más baja.
El fenómeno de localización de fonones
El rendimiento de esta tecnología se explica por el comportamiento de los fonones, partículas que representan las vibraciones atómicas responsables de transferir calor en un sólido. En los cables sólidos, los fonones circulan libremente. En los nanotubos huecos, las vibraciones quedan atrapadas en zonas específicas, un fenómeno conocido como localización de fonones. Esta barrera impide que la energía térmica avance, permitiendo una captura más eficiente del calor.
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El equipo de POSTECH documentó que este efecto no depende de la superficie, sino de la estructura interna del material, lo que marca una diferencia sustancial respecto a los enfoques anteriores. Los resultados de su estudio fueron publicados en la revista Nano Energy.
Ventajas de la nueva tecnología
La principal fortaleza del sistema radica en el uso de silicio, un material abundante y compatible con la infraestructura existente de fabricación de semiconductores (chips). Los investigadores señalaron: “Porque esta tecnología es altamente compatible con la tecnología de fabricación nacional de semiconductores, este enfoque puede contribuir a liderar el mercado de gestión térmica de próxima generación sin depender de materiales raros.”
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Gracias a esta compatibilidad, la posibilidad de una rápida comercialización y adopción a gran escala se incrementa considerablemente. Además, la cadena de suministro resulta más estable y menos vulnerable a crisis internacionales.
Proyección industrial
El avance de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang apunta a una integración sencilla en centros de datos, plantas industriales y sistemas de almacenamiento de energía. El potencial de reutilizar el calor residual como fuente de electricidad contribuye tanto al ahorro energético como a la reducción de emisiones.
El desarrollo de nanotubos de silicio huecos representa un paso relevante hacia la eficiencia energética en sectores altamente demandantes, con posibilidades de impacto global si la tecnología se implementa de forma masiva.
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