Científicos logran generar electricidad a partir de la humedad del aire

Usando la humedad del aire, esta inédita tecnología podría emplearse en dispositivos electrónicos a un bajo costo y sin contaminar.

Dos científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst (Estados Unidos) han desarrollado un dispositivo que utiliza unaproteína natural para generar electricidad a partir de la humedad del aire.

Según publicaron el último lunes en la revista Nature, esta nueva tecnología, llamada 'Air-gen’, podría tener implicaciones significativas para el futuro de las energías renovables, el cambio climático y la medicina.

Los laboratorios del ingeniero eléctrico Jun Yao y el microbiólogo Derek Lovley en UMass Amherst han creado un dispositivo que llaman un ‘generador de aire’ o generador alimentado por aire, con nanocables de proteínasconductores de electricidad producidos por el microbio Geobacter.

‘Air-gen’ conecta electrodos a los nanocables de proteínas de tal manera que se genera corriente eléctrica a partir del vapor de agua presente de forma natural en la atmósfera.

Air-gen. Ilustración de cómo los nanocables de proteínas generan electricidad a partir de la atmósfera. Crédito: UMASS.

“Estamos literalmente produciendo electricidad de la nada —destaca Yao—. El ‘Air-gen’ genera energía limpia 24/7”.

Lovley, quien ha avanzado en materiales electrónicos basados en biología sostenible durante tres décadas, agrega: “Es la aplicación más sorprendente y emocionante de nanocables de proteínas hasta ahora”.

Una tecnología para todo el mundo

La nueva tecnología desarrollada en el laboratorio de Yao es no contaminante, renovable y de bajo costo. Puede generar energía incluso en áreas con humedad extremadamente baja, como el desierto del Sahara.

Tiene ventajas significativas sobre otras formas de energía renovable, como la solar y la eólica, asegura Lovley, porque a diferencia de estas otras fuentes de energía renovable, el 'Air-gen' no requiere luz solar o viento, e "incluso funciona en interiores".

Los investigadores explican que el dispositivo solo requiere una película delgada de nanocables de proteínas de menos de 10 micras de espesor. La parte inferior de la película descansa sobre un electrodo, mientras que un electrodo más pequeño que cubre solo una parte de la película de nanocables se encuentra en la parte superior.

¿Cómo funciona?

La película absorbe el vapor de agua de la atmósfera. Una combinación de la conductividad eléctrica y la química de la superficie de los nanocables de proteínas, junto con los poros finos entre los nanocables dentro de la película, establece las condiciones que generan una corriente eléctrica entre los dos electrodos.

Los investigadores dicen que la generación actual de dispositivos ‘Air-gen’ puede alimentar pequeños dispositivos electrónicos y esperan llevar la invención a escala comercial pronto.

Los científicos modificaron genéticamente a las Geobacter para producir nanocables eléctricos. Imagen: Difusión.

Todo a partir de un microorganismo

El descubrimiento del ‘Air-gen’ refleja una colaboración interdisciplinaria inusual, sostienen. Lovley descubrió el microbio ‘Geobacter’ en el lodo del río Potomac hace más de 30 años. Más tarde, su laboratorio descubrió su capacidad para producir nanocables de proteínas conductores de electricidad.

Antes de llegar a UMass Amherst, Yao había trabajado durante años en la Universidad de Harvard, donde diseñó dispositivos electrónicos con nanocables de silicio. Se unieron para ver si podían fabricarse dispositivos electrónicos útiles con los nanocables de proteínas cosechados de Geobacter.

Xiaomeng Liu, estudiante en el laboratorio de Yao, estaba desarrollando dispositivos sensores cuando notó algo inesperado. “Vi que cuando los nanocables se ponían en contacto con los electrodos de una manera específica, los dispositivos generaban una corriente —recuerda—. Descubrí que esa exposición a la humedad atmosférica era esencial y que los nanocables de proteínas adsorbían agua, produciendo un gradiente de voltaje en el dispositivo”.

LLevando el ‘Air-gen’ a un nuevo nivel

Los próximos pasos que planean incluyen el desarrollo de un pequeño "parche" 'Air-gen' que puede alimentar dispositivos portátiles electrónicos como monitores de salud y estado físico y relojes inteligentes, lo que eliminaría el requisito de baterías tradicionales. También esperan desarrollar 'Air-gen' para aplicar a los teléfonos celulares para eliminar la carga periódica.

“El objetivo final es hacer sistemas a gran escala. Por ejemplo, la tecnología podría incorporarse en la pintura de la pared que podría ayudar a alimentar su hogar —explica Yao—. O, podríamos desarrollar generadores autónomos alimentados por aire que suministren una red de electricidad"

"Una vez que lleguemos a una escala industrial para la producción de alambre, espero que podamos hacer grandes sistemas que contribuyan de manera importante a la producción de energía sostenible”, añade.

Continuando con el avance de las capacidades biológicas prácticas de Geobacter, el laboratorio de Lovley desarrolló recientemente una nueva cepa microbiana para producir nanocables de proteínas de forma más rápida y económica.

“Convertimos ‘E. coli’ en una fábrica de nanocables de proteínas —explica—. Con este nuevo proceso escalable, el suministro de nanocables de proteínas ya no será un cuello de botella para desarrollar estas aplicaciones”.

Científicos avanzan hacia la construcción del 'santo grial' de la energía ilimitada

Una nueva tecnología promete superar un importante obstáculo que ha frenado el desarrollo del mayor reactor de fusión nuclear del mundo, la máquina más compleja jamás ideada, que podría proveer energía limpia e ilimitada para todos.

Varios ambiciosos proyectos energéticos dan muestras de avance hacia la construcción de un reactor de fusión nuclear eficiente, una hazaña que podría proveer al planeta entero con energía limpia prácticamente inagotable.

El mayor de ellos corresponde al Reactor Experimental Internacional Tokamak (ITER), un megaproyecto que se desarrolla en Francia desde 2010 con financiamiento de EE.UU., Rusia, China, Japón, Corea del Sur y la India, y con la participación de otra treintena de naciones.

El proyectado reactor de plasma del ITER, de 23.000 toneladas, corresponde a la máquina más compleja jamás ideada, y será albergada en un edificio de 60 metros de altura. Recientemente se reportó la firma de un contrato para que un consorcio internacional construya el tokamak del ITER, una cámara de forma semejante a la de un anillo donde se llevará a cabo la generación de energía.

Fusión nuclear

Dentro del tokamak se pretende aprovechar la energía liberada durante la creación de átomos pesados a partir de otros más livianos, en lo que se conoce como fusión nuclear. La reacción se produce a unos 150 millones de grados centígrados, temperatura mayor a la del núcleo solar y superior a la que puede resistir cualquier material conocido en la Tierra.

Llevar a cabo la fusión, por lo tanto, requiere de métodos y tecnologías ingenieriles de vanguardia, ya que se necesita generar poderosos campos magnéticos para contener el plasma donde se realiza la reacción sin que toque ningún componente del reactor.

Este proceso, que emula la forma en que el Sol produce su energía, ha demostrado ser una tarea en extremo complicada y costosa, por lo que los investigadores no han logrado que los reactores de fusión nuclear sean capaces de producir más potencia térmica de la que consumen.

Con el ITER, no obstante, se prevé romper esta barrera: su producción térmica se estima en los 500 megavatios (MW) con un consumo de cerca de 300 MW de electricidad, si bien no se pretende que su uso inmediato sea la producción de energía eléctrica.

Otros proyectos en desarrollo

El funcionamiento del reactor se tenía programado para el año pasado, pero demoras relacionadas con esta limitación han reprogramado su primera fusión nuclear para no antes del 2035, y con un costo cercano a los 24.000 millones de dólares.

Desarrollos paralelos reportadosrecientemente, como los británicos JET y STEP, implementan un enfoque similar para lograr avances en este ámbito experimental y podrían ver la luz para 2040. Sin embargo, otro proyecto promete llevar la fusión nuclear al ámbito comercial en un plazo y a un costo menor.

Se trata de un tokamak compacto que se desarrolla en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), que utilizará nuevos imanes superconductores con los que se pretende contener el plasma de forma eficiente. El nuevo material, compuesto de óxidos de itrio, bario y cobre (YBCO), permitiría la generación de energía eléctrica suficiente para abastecer a ciudades pequeñas de forma rentable dentro de los próximos 15 años.

Científicos rusos crean un motor orbital que consume vodka

Esta tecnología ayudará a que los minisatélites dispongan de un sistema barato de maniobrabilidad.

Investigadores de la Universidad Koroliov (Samara, Rusia) han desarrollado un propulsor espacial para satélites que pesen menos de 10 kilogramos que se alimenta con una mezcla de agua y alcohol, informa la agencia TASS.

De manera simultánea, esos especialistas realizan pruebas del prototipo y diseñan el nanosatélite experimental manipulable SamSat-M, que repleto de combustible suma 1,55 kg.

La mezcla no es autoinflamable ni tóxica. Así, la baja masa molecular del agua facilita una alta velocidad de efusión y, en consecuencia, beneficia a la maniobrabilidad. Por su parte, el hecho de que posea un 40% de alcohol —como el vodka— previene que la sustancia se congele con las bajas temperaturas del espacio.

Este propulsor ampliaría de manera sustancial las capacidades de los nanosatélites. Por ejemplo, una agrupación de esos dispositivos podría estudiar los campos geofísicos, la termosfera y la ionosfera de la Tierra para pronosticar desastres naturales o inspeccionar el estado técnico de aparatos espaciales en órbita.