Generando energía usando la radiación térmica ambiental de la Tierra

Aprovechando los gradientes de temperatura

La mayoría de nuestros métodos de generación de energía dependen de una diferencia de temperatura. Esta suele crearse al calentar una parte mediante la combustión de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas), fisión nuclear, perforación profunda bajo tierra (geotérmica) o concentrando la luz solar (solar concentrado).

Esta diferencia térmica se utiliza luego para calentar agua u otro líquido (como sal fundida) y activar una turbina que genera electricidad.

Así que, aunque capturar directamente la luz solar (fotovoltaica) o los movimientos naturales (energía eólica, hidroeléctrica, mareas) también es una posibilidad, los gradientes térmicos son la forma más común de generación de energía, desde los días de la máquina de vapor hasta hoy.

Otro gradiente térmico que podría explotarse teóricamente es la diferencia de temperatura entre la Tierra y el espacio exterior.

La temperatura media de la superficie de la Tierra es aproximadamente 15 °C (59 °F), mientras que el espacio exterior está a −270 °C (−454 °F). Este enorme diferencial térmico teórico ha intrigado a los investigadores durante mucho tiempo, pero aprovecharlo está lejos de ser trivial.

Emitir calor al espacio

Para la radiación térmica en longitudes de onda entre 8 y 13 μm, la atmósfera es totalmente transparente y permite que el calor de la Tierra escape al espacio. Este es el mecanismo principal que permite que nuestro planeta se enfríe después de recibir energía del Sol.

En teoría, un motor capaz de emitir en esta longitud de onda, o una frecuencia lo suficientemente cercana que emita energía hacia el cielo más frío (en comparación con el suelo), podría generar electricidad a partir de la temperatura ambiente.

De hecho, este método ya se ha demostrado, usando dispositivos semiconductores de bajo gap o generadores termoeléctricos. Pero estos métodos no son prácticos para la generación de energía económica debido a su bajo rendimiento y la necesidad de elementos de tierras raras.

Pero los científicos Tristan J. Deppe y Jeremy N. Munday, que trabajan en la University of California, podrían haber encontrado una alternativa usando motores Stirling. Publicaron su trabajo en la prestigiosa revista científica Science¹, bajo el título “Generación mecánica de energía usando la radiación ambiental de la Tierra”.

Motores Stirling explicados

Mientras que la mayoría de los diferenciales de temperatura se usan para generar energía con turbinas impulsadas por vapor, una alternativa es el motor Stirling.

Estos motores crean un movimiento mecánico cuando un lado del motor está más caliente o más frío que el otro. En contraste con los motores de combustión interna o turbinas, no requiere la quema de material.

El movimiento mecánico puede luego convertirse en electricidad con un alternador simple.

Los motores Stirling son notablemente duraderos, aunque relativamente pesados, lo que limita sus aplicaciones para el transporte.

Su rendimiento también es ligeramente inferior al de las turbinas, lo que explica por qué no se usan comúnmente en plantas de energía térmica o nuclear. Sin embargo, pueden funcionar incluso con un pequeño gradiente de temperatura, mientras que las turbinas requieren cientos de grados de diferencia entre caliente y frío.

Cómo los motores Stirling capturan energía térmica ambiental

El concepto básico de la generación de energía térmica ambiental utilizada aquí tiene 2 componentes:

• La placa inferior del motor está en contacto térmico directo con la superficie de la Tierra.
• La placa superior está acoplada ópticamente al cielo.

Para gestionar la emisión de calor al aire para la parte superior del motor, se utiliza una pintura emisora de infrarrojos.

Fuente: Science Advances

Este método aprovecha la pequeña diferencia de temperatura entre el suelo y el aire, especialmente por la noche, que solo un motor Stirling puede capturar en movimiento/energía.

Nuestra demostración de prueba de concepto acopla radiativamente el motor al cielo y entrega >400 mW/m² de potencia continua en la Tierra durante toda la noche.

Pruebas en condiciones reales

El método se probó en Davis, California, con diferencias de temperatura de 10 °C (18 °F) y una rotación de 1 Hz del volante del motor. Las pruebas se realizaron durante todo el año, funcionando la mayor parte del período, aunque el invierno con lluvia y nubes fue menos eficiente. Más que la temperatura absoluta, es el contenido de humedad del aire lo que afecta más la eficiencia de este sistema.

Fuente: Science Advances

En condiciones de alta humedad, la diferencia entre las temperaturas diurnas y nocturnas se reduce debido a las altas concentraciones de agua en la atmósfera, lo que disminuye la potencia de enfriamiento radiativo, afectando el potencial energético total.

Mapeo del potencial energético ambiental

Usando sus resultados experimentales, los científicos modelaron las áreas con mayor potencial para su invención.

Llegaron a algunas conclusiones:

• La densidad de potencia es mayor en regiones áridas y cadenas montañosas, donde la radiación descendente es más baja.
• Las áreas de mayor humedad tienen menor potencial energético.
• La generación de energía es casi nula en regiones densamente forestadas, donde la mayor humedad impide que el enfriador expulse eficazmente el calor al cielo.

Con estos datos, crearon un mapa que muestra las áreas de la Tierra con mayor potencial para desplegar motores Stirling radiativos ambientales.

Fuente: Science Advances

Las regiones con mayor potencial son:

• África del Sahara.
• La estepa euroasiática.
• Antártida durante el verano.
• Regiones interiores de la costa oeste de EE. UU.
• Los Andes
• La meseta tibetana.

Mejoras futuras

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Este trabajo era esencialmente una prueba de concepto, por lo que varios elementos de diseño podrían mejorarse.

El primer elemento sería mejorar la potencia de enfriamiento radiativo. Esto podría lograrse usando un material de enfriamiento radiativo a medida en lugar de pintura comercial.

El segundo elemento sería aumentar el acoplamiento conductivo con la Tierra, por ejemplo, usando una superficie de contacto más grande y materiales de mayor conductividad térmica como el cobre.

Un motor más grande también podría aumentar la potencia total y la eficiencia. Usar helio o hidrógeno en lugar de aire en el pistón del motor Stirling también podría reducir la fricción y aumentar el rendimiento.

Por último, nuestra civilización industrial genera una cantidad significativa de calor residual de invernaderos, fábricas, sistemas HVAC y edificios residenciales calefaccionados en invierno, entre otras fuentes. Esto podría aumentar enormemente la diferencia de temperatura entre el suelo y el cielo, impulsando la producción de energía.

En la práctica, un diferencial de temperatura de 35‑40 °C (72 °F) puede generar casi 4 veces más potencia que un diferencial de 15 °C.

Fuente: Science Advances

Hacia “Paneles solares inversos”

Debido a que este diseño funciona mejor por la noche (aunque también podría operar durante el día con cambios de diseño), parece ser un buen complemento a los paneles solares fotovoltaicos.

También podría ser una excelente forma de maximizar el uso del calor residual, ya sea de otras formas de generación de energía, procesos industriales, edificios cálidos (oficinas, apartamentos, casas) o invernaderos.

Por último, podría diseñarse como un método de enfriamiento adicional para instalar en edificios, con el sistema absorbiendo calor y radiándolo de nuevo al espacio.

Si se despliega a una escala suficientemente grande, incluso podría generar energía mientras reduce el calor total capturado por la Tierra, lo cual es bastante único comparado con todos los demás métodos de generación de energía.

Empresas de motores Stirling

Aerojet Rocketdyne y L3 Harris: Innovadores líderes en motores Stirling

Los motores Stirling son una aplicación de nicho en la generación de energía, pero siguen siendo un mercado de $1.17 mil millones en 2025, con una expectativa de crecer un 8.5 % CAGR hasta 2029, alcanzando $1.62 mil millones. Sin embargo, pocas empresas activas en el sector cotizan en bolsa.

Aerojet Rocketdyne, una rama del contratista aeroespacial y de defensa L3 Harris, está colaborando con socios como NASA y SunPower Inc. para desarrollar motores Stirling para aplicaciones espaciales.

Aerojet Rocketdyne fue adquirido por L3 Harris en julio de 2023 por $4.7 mil millones, añadiendo un cuarto departamento a la empresa.

Sunpower Inc (para no confundir con Sunpower, la empresa de paneles solares (SPWR )) es el inventor de un diseño avanzado de motor Stirling: Motor Stirling de pistón libre (FPSE). El FPSE puede usarse tanto para producir energía a partir del calor como para enfriar usando energía.

Esta tecnología es especialmente aplicable a los Sistemas de energía radioisótopa (RPS), que utilizan la desintegración natural de material radiactivo para generar calor, que el motor Stirling convierte en energía eléctrica utilizable. Un proyecto importante para dicho motor sería alimentar equipos en la Luna, o incluso una pequeña base lunar.

Fuente: NASA

NASA ha estado interesada en los motores Stirling durante mucho tiempo, gracias a su fiabilidad, operaciones sin mantenimiento y larga vida útil, especialmente con el Generador Radioisótopo Stirling Avanzado (ASRG).

Además de los motores Stirling lunares, L3 Harris es una importante empresa militar y aeroespacial. Generó el 60 % de sus ingresos del Departamento de Defensa de EE. UU (DoD), el 20 % de pedidos de defensa internacionales y el 20 % de industrias civiles.

Cabe destacar que Harris controla el 45 % del mercado global de radios tácticas, varias veces mayor que el del siguiente competidor.

En cuanto a sistemas no tripulados, L3Harris tiene un dron de despegue vertical, el FVR-90, el barco autónomo marino Shadowfox (13 m de largo), la familia de drones submarinos Iver, y es el contratista principal para el primer gran contrato de la Marina de EE. UU para el Vehículo de Superficie No Tripulado Mediano (MUSV).

Aerojet también es desarrollador de misiles hipersónicos y otros sistemas de misiles.

En conjunto, L3 Harris es una empresa tecnológica líder en sistemas autónomos, cohetería y sistemas de energía aeroespacial, con una sólida experiencia técnica tanto para contratos civiles como militares.

Últimas noticias y desarrollos de acciones de L3 Harris (LHX)

Estudio Referenciado

^{1. Tristan J. Deppe and Jeremy N. Munday. Generación mecánica de energía usando la radiación ambiental de la Tierra. Science Advances. 12 Nov 2025. Vol 11, Issue 46. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw6833}