Desde hace mucho tiempo se sabe que las olas del océano tienen un enorme potencial como fuente de energía renovable. Las olas producen un estimado de entre 50 y 80 billones de vatios de potencia en todo el mundo, casi dos o tres veces el actual consumo anual de energía mundial.
Se han diseñado muchos dispositivos para capturar y convertir la gran potencia que generan las olas en electricidad, pero las tecnologías actuales enfrentan desafíos en materia de eficiencia, particularmente cuando se aplican en aguas más profundas. Como resultado, la energía de las olas aún no ha despegado como fuente renovable de la misma manera que lo han hecho la eólica y la solar.
Una forma de solucionar este problema radica en la interacción entre dos tipos de ondas: las olas de la superficie del océano y las que residen bajo el agua. Mi grupo de investigación acaba de publicar un artículo demostrando cómo las ondas sonoras submarinas se pueden utilizar para hacer que las olas superficiales sean más potentes, convirtiéndolas potencialmente en una fuente de energía más viable.
Los mismos conocimientos podrían eventualmente utilizarse para reducir los riesgos de tsunamis haciéndolos más pequeños. Además, en un segundo artículo publicado recientemente demostramos cómo se pueden utilizar las ondas de sonido submarinas para mejorar el sistema actual de alerta temprana de tsunamis.
Acelerando las olas
Las olas en la superficie del océano a menudo se crean por una combinación de viento que eleva el agua y la gravedad la empuja hacia abajo; de ahí que a veces se las llame olas de gravedad superficial. Por otro lado, sus contrapartes submarinas son ondas de sonido producidas por fenómenos como terremotos o erupciones volcánicas, a veces a miles de metros bajo la superficie.
Estas ondas acústicas viajan comprimiendo y expandiendo el agua, de manera similar a como el sonido se mueve a través del aire. Viajan a través de distancias transoceánicas a la velocidad del sonido en el agua (alrededor de 1.500 metros por segundo) antes de acabar disipándose finalmente. Las olas superficiales viajan a velocidades mucho más bajas, del 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 de las cuales vive en su propio mundo a su propio ritmo. La posibilidad de que interactuaran surgió como parte de un trabajo de investigación de 2013 del que fui coautor, lo que nos impulsó 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 ola superficial haciendo coincidir su frecuencia, lo que a su vez hace que la onda superficial se haga más grande y más poderosa (al aumentar su amplitud). Esto abre la posibilidad de utilizar un generador de ondas acústicas para generar ondas sonoras sintonizadas a un tamaño y frecuencia concretas que mejorarían (o igualmente suprimirían) las olas superficiales.
Las olas mejoradas permitirían que las turbinas undimotrices actuales y columnas de agua oscilantes (que utilizan la energía de las olas para forzar el aire a través de una turbina) puedan producir más electricidad, superando su problema de eficiencia.
El requisito principal sería un generador de ondas acústicas que pudiera ajustarse con precisión a la escala requerida. Ya existen generadores de ondas acústicas para usos de laboratorio, por lo que implementarlas es una simple cuestión de ampliar una tecnología ya existente.
Los resultados de nuestra investigación muestran que la resonancia tríada puede aumentar la altura de las olas en la superficie en más de un 30%. Por supuesto, el generador requeriría energía, aunque la esperanza es que también pueda funcionar con olas para minimizar las emisiones de carbono. Otro desafío de esta tecnología es garantizar que se desarrollen métodos para utilizar la energía acústica de manera eficiente y garantizar que se desperdicie la menor cantidad de energía posible.
Nuestro siguiente paso es producir más simulaciones numéricas y realizar una serie de experimentos de laboratorio a pequeña escala para observar cómo funciona la resonancia tríada en la práctica. Esto ayudará a refinar nuestras teorías y evaluar su viabilidad, con suerte con miras a convertir esto en una realidad comercial.
Mitigación de tsunamis
Ya en 2017 sugerí la posibilidad de reducir la altura de las olas de un tsunami manipulando ondas acústicas submarinas. En el nuevo estudio, analizamos esta idea con más detalle. Descubrimos que el mecanismo de resonancia ciertamente tuvo lugar a escala oceánica durante el terremoto y tsunami de Tonga de 2022. Esto demuestra que es teóricamente posible manipular el tamaño de un tsunami utilizando nuestra técnica.
El desafío radica en generar y dirigir las ondas acústicas a la escala y configuración requeridas en condiciones del mundo real. Esto sería más complicado que usar ondas acústicas para ayudar a aprovechar la energía de las olas, sobre todo debido a la escala de los tsunamis, que necesitaría un generador de ondas acústicas mucho más potente.
Otros problemas a superar serían conocer las propiedades exactas del tsunami en tiempo real y el riesgo de que el uso de configuraciones incorrectas pueda hacer que la ola 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 olas en tiempo real podría complementar las tecnologías existentes y emergentes para predecir tsunamis, incluidas las boyas oceánicas y los sismómetros. 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 en el caso de los terremotos, las lecturas sísmicas grandes no siempre implican grandes tsunamis. Esto puede provocar 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 son relativamente lentas a la hora de avisar cuando los tsunamis (según mis cálculos) pueden moverse a velocidades de hasta 200 m por segundo en las profundidades del océano.
Un sistema complementario consiste en medir las ondas acústicas mediante un micrófono submarino conocido como hidrófono. Estos capturan las ondas acústicas creadas por todos los fenómenos que causan los tsunamis, y la velocidad a la que viajan estas ondas significa que solo 30 estaciones de hidrófonos podrían cubrir todas las zonas de alto riesgo de tsunamis del mundo.
Esto podría salvar vidas, particularmente en las comunidades costeras cercanas al origen de un tsunami. También apoyaría los objetivos globales de tener ciudades costeras más resilientes, como el objetivo de la Unesco de hacer que todos esos lugares estén “preparados para tsunamis” para 2030.
