El enorme potencial de Wave Energy finalmente podría ser desbloqueado por el poder del sonido: nueva investigación

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Durante mucho tiempo, se ha visto que las olas oceánicas tienen un gran potencial como fuente de energía renovable. Las olas producen aproximadamente 50 billones a 80 billones de vatios de potencia en todo el mundo, casi dos o tres veces el actual consumo de energía anual del mundo.

Muchos dispositivos han sido diseñados para capturar y convertir la gran potencia de las olas en electricidad, pero las tecnologías de hoy enfrentan desafíos en la eficiencia, particularmente en aguas más profundas. Como resultado, Wave Energy aún no ha despegado como una fuente renovable de la misma manera que el viento y la energía solar.

Una forma de evitar este problema radica en la interacción entre dos tipos de ondas: las de la superficie del océano y los que residen bajo el agua. Mi grupo de investigación acaba de publicar un artículo que demuestre cómo se pueden usar ondas de sonido subacuáticas para que las ondas de superficie sean más potentes, lo que podría convertirlos en una fuente de energía más viable.

Las mismas ideas también podrían usarse para reducir los riesgos de los tsunamis al hacerlos más pequeños. Además, en un segundo artículo nuevo, mostramos cómo se pueden usar las ondas submarinas para mejorar el sistema de alquiler temprano del tsunami actual.

Las ondas en la superficie del océano a menudo se crean mediante una combinación de viento que levanta el agua y la gravedad que lo retiran, a veces se les conoce como ondas de gravedad de la superficie. Por otro lado, sus contrapartes submarinas son ondas de sonido producidas por fenómenos como terremotos o erupciones volcánicas, a veces miles de metros debajo de la superficie.

Estas ondas acústicas viajan comprimiendo y expandiendo el agua, similar a cómo el sonido se mueve por el aire. Viajan a través de distancias transoceánicas a la velocidad del sonido en el agua (alrededor de 1,500 metros por segundo) antes de disiparse finalmente. Las ondas de superficie viajan a velocidades mucho más bajas, en el orden de decenas de metros por segundo.

En la teoría clásica de las ondas de agua, estos dos tipos de ondas se consideran entidades separadas, cada una que vive en su propio mundo en su propio ritmo. La posibilidad de que interactúen solo surgió a la parte posterior de un trabajo de investigación de 2013 que fue coautor, lo que llevó a mis colegas y a mí a investigar un fenómeno conocido como Resonancia de Tríada.

Aquí es donde dos ondas acústicas transfieren energía a una onda superficial al igualar su frecuencia, lo que a su vez hace que la onda superficial se vuelva más grande y más potente (al aumentar su amplitud). Esto abre la posibilidad de usar un generador de onda acústica para generar ondas de sonido sintonizadas a un tamaño y frecuencia particular que mejoraría (o suprimirían igualmente) las ondas de superficie.

Las ondas mejoradas permitirían las turbinas de olas actuales y las columnas de agua oscilantes (que utilizan la potencia de las olas para forzar el aire a través de una turbina) para producir más electricidad, superando efectivamente su problema de eficiencia.

El requisito principal sería un generador de onda acústica que podría ajustarse finamente a la escala requerida. Los generadores de ondas acústicas ya existen para fines de laboratorio, por lo que es una cuestión de ampliar una tecnología existente.

Nuestros resultados de investigación muestran que la resonancia de la tríada puede aumentar las alturas de las ondas de la superficie en más del 30%. Por supuesto, el generador requeriría energía, aunque la esperanza es que esto también pueda ser alimentado por las olas para minimizar las emisiones de carbono. Un desafío adicional es garantizar que se desarrollen métodos para usar la energía acústica de manera eficiente para garantizar que se desperdicie la menor energía posible.

Nuestro siguiente paso es producir algunas simulaciones más numéricas y realizar una serie de experimentos de laboratorio a pequeña escala que observa cómo funciona la resonancia de la tríada en la práctica. Esto ayudará a refinar nuestras teorías y evaluar su viabilidad, con suerte con el fin de convertir esto en una realidad comercial.

Mitigación de tsunami

Originalmente sugerí la posibilidad de reducir la altura de las ondas de tsunami manipulando las ondas acústicas submarinas en 2017. En el nuevo artículo, vemos esto con más detalle.

Descubrimos que el mecanismo de resonancia ciertamente tuvo lugar a escala oceánica durante el terremoto y tsunami de Tonga 2022. Esto muestra que es teóricamente posible manipular el tamaño de un tsunami utilizando nuestra técnica.

El desafío radica en generar y dirigir las ondas acústicas en la escala y la configuración requeridas en condiciones del mundo real. Esto sería más desafiante que usar ondas acústicas para ayudar a aprovechar la energía de las olas, sobre todo debido a la escala de tsunamis, lo que requeriría un generador de onda acústica mucho más potente.

Otros problemas a superar serían conocer las propiedades exactas del tsunami en tiempo real, y el riesgo de que usar las configuraciones incorrectas en realidad podría hacer que la onda sea más grande en lugar de más pequeña.

Si bien podría llevar algún tiempo hacer que esto sea factible, las ondas acústicas también pueden ayudar a mitigar los tsunamis de una manera diferente. Nuestro segundo artículo demuestra que monitorear y analizar estas ondas en tiempo real podría complementar las tecnologías existentes y emergentes para predecir tsunamis, incluidas las boyas y los sismómetros oceánicos.

Actualmente hay miles de sismómetros desplegados en todo el mundo, pero solo monitorean terremotos, mientras que los tsunamis también pueden ser causados ​​por deslizamientos de tierra, explosiones y erupciones volcánicas. Incluso con terremotos, las lecturas sísmicas grandes no siempre implican tsunamis grandes. Esto puede conducir a falsas alarmas, como en Alaska en 2018.

Mientras tanto, las boyas oceánicas, que miden el nivel del mar y la presión del agua, a menudo son defectuosas debido a sus condiciones de funcionamiento, y también relativamente lentas para dar advertencias cuando el tsunamis (según mis cálculos) puede moverse a velocidades de hasta 200 m por segundo en el océano profundo.

Un sistema complementario es medir las ondas acústicas utilizando un micrófono submarino conocido como hidrófono. Estos capturan las ondas acústicas creadas por todos los fenómenos que causan tsunamis, y la velocidad a la que viajan estas ondas significa que solo 30 estaciones hidrófonas podrían cubrir las áreas de alto riesgo de tsunami del mundo entero.

Esto podría ser particularmente salvaje para las comunidades costeras cerca de la fuente de un tsunami. También apoyaría los objetivos globales para ciudades costeras más resistentes, como el objetivo de la UNESCO de hacer que todos esos lugares sean “listos para el tsunami” para 2030.

Proporcionado por la conversación

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Cita: El gran potencial de Wave Energy finalmente podría desbloquearse por el poder del sonido: nueva investigación (2025, 7 de abril) recuperado el 7 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-energy-huge-potential-power.html

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