30/05/2023
Los autores esperan que su innovador descubrimiento pueda ayudar a generar electricidad a partir del aire en todo el mundo, utilizando cualquier material.
Las gotas de agua suspendidas en el aire caen sobre el material nanoporoso en forma de espagueti, generando electricidad que fluye a través de los electrodos (rectángulo amarillo) para alimentar lo que sea necesario.
En un fascinante estudio reciente, ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst han explorado la viabilidad de aprovechar las corrientes eléctricas ambientales utilizando un material desarrollado a partir de seres vivos.
En concreto, según un artículo publicado en la revista Advanced Materials, los investigadores han demostrado que casi cualquier material puede convertirse en un dispositivo que aproveche continuamente la electricidad de la humedad del aire. El secreto detrás de este avance estaría en salpicar un dispositivo fabricado a partir de casi cualquier material (fabricado a partir de bacterias) con nanoporos de menos de 100 nanómetros de diámetro, un tamaño inferior a la milésima parte de la anchura de un cabello humano.
«El aire contiene una enorme cantidad de electricidad», afirmó Jun Yao, profesor adjunto de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst y autor principal del trabajo.
«Pensemos en una nube, que no es más que una masa de gotas de agua. Cada una de esas gotitas contiene una carga y, cuando las condiciones son adecuadas, la nube puede producir un rayo, pero no sabemos cómo captar de forma fiable la electricidad de los rayos. Lo que hemos hecho es crear una nube a pequeña escala construida por el ser humano que produzca electricidad para nosotros de forma predecible y continua para que podamos cosecharla», agregó.
El «efecto Air-gen»
El corazón de la nube artificial se fundamenta en el «efecto genérico Air-gen», basado en el trabajo en la investigación previa realizada por Yao y el coautor Derek Lovley en 2020, donde demostraron que era posible cosechar electricidad de manera continua a partir del aire utilizando un material especializado compuesto por nanocables de proteínas cultivadas a partir de la bacteria Geobacter sulfurreducens.
«Lo que nos dimos cuenta después de hacer el descubrimiento de Geobacter«, dijo Yao, «es que la capacidad de generar electricidad a partir del aire –lo que entonces llamamos el ‘efecto Air-gen’– resulta ser genérica: literalmente, cualquier tipo de material puede cosechar electricidad del aire, siempre y cuando tenga una determinada propiedad.»
¿Qué propiedad? «Tiene que tener agujeros de menos de 100 nanómetros (nm)», añadió.
El «camino libre medio»
Según el comunicado de la UMass, estos poros tienen el mismo tamaño que la longitud del «camino libre medio» entre moléculas de agua, que es la distancia que recorren las moléculas en el aire antes de chocar con otra molécula de agua.
Al crear un dispositivo con poros diminutos del mismo tamaño que esta distancia, 100 nm, los investigadores permitieron recoger la carga eléctrica natural de la molécula.
En concreto, este «generador de aire», o Air-gen, funciona gracias al diminuto tamaño de los poros, lo que significa que las moléculas de agua chocarían fácilmente con el borde del poro al atravesar la fina capa de material. Esto significa que la parte superior del Air-gen sería bombardeada con muchas más moléculas de agua portadoras de carga que la parte inferior, creando un desequilibrio de carga como en una nube, que es el principio fundamental para generar un flujo de carga eléctrica, como un rayo.
Cosechadora funcionaría 24 horas al día
La ventaja de esta cosechadora es su capacidad para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, sin importar si está lloviendo o haciendo sol, durante la noche o en ausencia de viento, debido a la presencia constante de humedad. Esto resuelve uno de los principales desafíos de tecnologías como la eólica o la solar, las cuales solo operan en condiciones específicas, según se menciona en el comunicado.
Aunque actualmente el enfoque principal del equipo es generar cantidades diminutas de electricidad para dispositivos portátiles, lo cual abre nuevas e interesantes posibilidades en términos de tecnología de consumo, la verdadera pregunta radica en hasta dónde puede llevarse este fenómeno.
«Imaginemos un mundo futuro en el que la electricidad limpia esté disponible en cualquier lugar», dijo Yao. «El efecto genérico Air-gen significa que este mundo futuro puede hacerse realidad».
Editado por Felipe Espinosa Wang.
28/09/2023
