La transición hacia energías limpias es uno de los principales retos de la humanidad para contrarrestar el calentamiento global. Y una de las propuestas más recientes e innovadoras para hacerlo posible es un proyecto que busca cosechar energía limpia del aire las 24 horas del día, los 365 días del año.
Según un equipo de ingenieros de la Universidad estadounidense de Massachusetts Amherst, su dispositivo, llamado Air-gen, podría ofrecer una fuente de energía barata y sostenible para coches, trenes y aviones.
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“El aire contiene una enorme cantidad de electricidad”, explica a Metro Jun Yao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de la UMass Amherst y autor principal del trabajo.
Y añade: “Piensa en una nube, que no es más que una masa de gotitas de agua. Cada una de esas gotas contiene una carga y, cuando las condiciones son las adecuadas, la nube puede producir un rayo, pero no sabemos cómo capturar de forma fiable la electricidad de un rayo. Lo que hemos hecho es crear una nube a pequeña escala construida por el hombre que nos produzca electricidad de forma predecible y continua para que podamos cosecharla”.
El corazón de la nube artificial se basa en lo que Yao y sus colegas llaman el “efecto genérico Air-gen”, por el que se podría cosechar electricidad del aire de forma continua utilizando un material especializado hecho de nanocables de proteína cultivados a partir de la bacteria Geobacter sulfurreducens.
“Lo que nos dimos cuenta tras el descubrimiento de la Geobacter”, explica Yao, “es que la capacidad de generar electricidad a partir del aire -lo que entonces llamamos ‘efecto Air-gen’- resulta ser genérica: literalmente, cualquier tipo de material puede cosechar electricidad del aire, siempre que tenga una propiedad determinada”.
Y esa propiedad es tener agujeros de menos de 100 nanómetros (nm), es decir, menos de una milésima parte de la anchura de un cabello humano.
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Yao y sus colegas se dieron cuenta de que podían diseñar un cosechador de electricidad basado en esta cifra. Este cosechador estaría hecho de una fina capa de material llena de nanoporos de menos de 100 nm que dejarían pasar moléculas de agua de la parte superior a la inferior del material. Pero como cada poro es tan pequeño, las moléculas de agua chocarían fácilmente con el borde del poro al atravesar la fina capa. Esto significa que la parte superior de la capa sería bombardeada con muchas más moléculas de agua portadoras de carga que la parte inferior, lo que crearía un desequilibrio de carga, como el de una nube, ya que la parte superior aumentaría su carga con respecto a la inferior. Así se crearía una batería que funcionaría mientras hubiera humedad en el aire.
Los investigadores creen que un recolector de este tipo podría diseñarse con todo tipo de materiales, lo que ofrece amplias posibilidades de fabricación rentable y adaptable al medio ambiente. Y como la humedad siempre está presente, el cosechador funcionaría 24 horas al día, 7 días a la semana, llueva o haga sol, de noche y con viento o sin él, lo que resuelve uno de los principales problemas de tecnologías como la eólica o la solar, que sólo funcionan en determinadas condiciones.
Además, como la humedad del aire se difunde en el espacio tridimensional y el grosor del dispositivo Air-gen es sólo una fracción de la anchura de un cabello humano, se pueden apilar muchos miles de ellos, lo que aumentaría efectivamente la cantidad de energía sin aumentar el tamaño del dispositivo. Así, el dispositivo Air-gen sería capaz de suministrar energía a nivel de kilovatios para uso general de la red eléctrica.
Metro habló con Jun Yao para saber más.
“Estamos abriendo una gran puerta a la obtención de electricidad limpia a partir del aire”.
— Xiaomeng Liu, estudiante de ingeniería eléctrica e informática de la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst
¿Cómo puede contribuir Air-gen a la transición a la energía limpia?
-Las moléculas de aire y agua están en todas partes y son continuas 24 horas al día, 7 días a la semana. Se difunden en el espacio tridimensional.
-Esto significa que se pueden apilar múltiples películas finas nanoporosas en el espacio vertical para aumentar el volumen de energía.
-El recolector tiene el potencial de aumentar el volumen de energía haciéndolo mayor en espacios planos y verticales.
-Este dispositivo puede colocarse en cualquier lugar para generar electricidad de forma continua.
Entrevista
Jun Yao
profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst, EE.UU.
P: ¿Cómo se les ocurrió la idea de crear Air-gen?
- Fue un descubrimiento fortuito que no estaba planeado. Al principio, sólo esperábamos fabricar un sensor de gases en el ambiente. Pero el estudiante que trabajaba en él se olvidó de enchufarlo a la corriente y aun así observó una salida de señal eléctrica. Esto desvió nuestra atención hacia la viabilidad de la generación de electricidad a partir del aire ambiental... y entonces empezó el viaje.
P: ¿Cómo es posible obtener electricidad limpia del aire?
- La base es que el aire (o, más exactamente, el agua del aire) contiene electricidad, lo que puede evidenciarse por los relámpagos que transportan una gran cantidad de electricidad durante una tormenta eléctrica. El movimiento del agua del aire conduce finalmente a la separación de cargas entre las interfaces superior e inferior de una nube para producir rayos/electricidad.
P: ¿Cómo lograron construir una nube artificial a pequeña escala que produce electricidad?
- El dispositivo Air-gen está hecho de una fina película que contiene muchos poros pequeños (o nanoporos), con un diámetro inferior a la 10.000ª parte del diámetro de un cabello humano. La interfaz superior de la película está expuesta al aire, pero la inferior está sellada (por ejemplo, asentada sobre un sustrato). Las moléculas de agua del aire pueden atravesar estos nanoporos y llegar a la interfaz inferior. Sin embargo, como el tamaño de los poros es tan pequeño, pueden chocar fácilmente con la superficie de los poros. Cabe imaginar que la interfaz superior chocará con más frecuencia que la inferior. Las moléculas de agua del aire llevan una carga (como se desprende de los rayos) y ceden una parte de la carga a la película delgada. Esto también significa que la parte superior de la película fina recibe más carga que la inferior (ya que la interfaz superior se golpea con más frecuencia), lo que provoca una separación de cargas similar a la que se produce en una nube durante una tormenta eléctrica. Si conectamos las interfaces superior e inferior de la película, se produce un flujo de carga o electricidad.
P: Cuéntenos más sobre el efecto genérico Air-gen.
- Basándonos en lo que expliqué antes, se puede imaginar que cualquier tipo de película “nanoporosa” puede hacer el trabajo. Por supuesto, pueden diferir en eficiencia, es decir, algunas pueden producir más electricidad que otras con el mismo tamaño. Por ejemplo, algunos materiales pueden recibir más fácilmente la carga de las moléculas de agua del aire que otros.
