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”.

Crean un ¨panel solar¨; que puede generar electricidad en la oscuridad

Este prometedor dispositivo aprovecha la diferencia de temperatura entre la Tierra y la atmósfera. Se podría utilizar en lugares remotos que no cuentan con electricidad.

El panel solar es una de las fuentes de energía renovable que más han proliferado en los últimos años, pero presenta la desventaja de que solo puede generar energía durante el día. Este inconveniente ha impulsado a los científicos de la Universidad de California en Los Ángeles (EE.UU.) a crear un nuevo dispositivo que permite recargarse en la oscuridad la noche.

En un reciente informe, los investigadores dieron a conocer el innovador mecanismo, hecho de materiales de simple acceso como la espuma de poliestireno y piezas de aluminio, el cual aprovecha la diferencia de temperatura entre la Tierra y el espacio exterior.

Diagrama de funcionamiento y prototipo de generador de energía. / Joule

El dispositivo funciona por enfriamiento radiactivo, el proceso que permite que los objetos liberen calor después de que se haya puesto el sol. Para comprobar su funcionamiento, los investigadores lo colocaron en un tejado a medida que la temperatura descendía algunos grados bajo cero. Observaron que la parte superior del aparato se enfriaba más rápido que la inferior, permitiendo convertir esta temperatura en electricidad con la ayuda de un generador termoeléctrico.

El generador —que aún se encuentra en su fase de prototipo— conectado a un convertidor de voltaje fue capaz de encender una bombilla LED. Una versión más grande de este dispositivo podría iluminar habitaciones, cargar teléfonos o alimentar otros artilugios en áreas remotas o de bajos recursos.

La idea original se le ocurrió al profesor y principal autor del estudio, Aaswath Raman, cuando en el 2013 pasaba por un pueblo en Sierra Leona que no cuenta con suministro eléctrico. "Nos tomó como cinco minutos darnos cuenta que pasábamos por un pueblo, porque estaba completamente oscuro", dijo para The New York Times.

El desarrollo del generador y su funcionamiento han sido publicados en la revista Joule.