Este nuevo dispositivo parece extraer electricidad de la nada



Ilustración de una película delgada de nanocables de proteínas que generan electricidad a partir de la humedad atmosférica.

Ilustración de una película delgada de nanocables de proteínas que generan electricidad a partir de la humedad atmosférica. (UMass Amherst /)

Un equipo interdisciplinario de científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst ha aprovechado una bacteria común para producir corrientes eléctricas sorprendentemente fuertes, prácticamente de la nada.

"La humedad en realidad contiene una cierta cantidad de carga eléctrica", dice el autor del estudio, Jun Yao, profesor de ingeniería eléctrica. Él y sus colegas se basaron en ese hecho para crear un dispositivo que atraiga los vapores ambientales para producir electricidad. Lo llaman "Air-gen".

Sus resultados, publicado el viernes en el diario Naturaleza, podrían representar los primeros pasos hacia un método de producción de energía mucho más ecológico que las baterías tradicionales, más consistente que la energía eólica y más eficiente en el espacio que las células solares. Pero hay mucho más trabajo por hacer antes de llegar allí.

El proyecto comenzó hace dos años, cuando el estudiante de posgrado de ingeniería eléctrica Xiaomeng Liu, que forma parte del laboratorio de Yao, descubrió que un prototipo en el que estaba trabajando había comenzado a hacer algo inesperado. Incluso cuando no tenía corriente eléctrica en el dispositivo, podía detectar una salida de energía. "Inicialmente estábamos muy perplejos", dice Yao.

El dispositivo estaba hecho de "nanocables" de una proteína producida por la bacteria. Geobacter sulfurreducens. Sus propiedades conductoras han sido el tema de años de estudio en otro laboratorio de Amherst, el del microbiólogo Derek Lovley, y el proyecto fue una colaboración entre los dos grupos.

Con pruebas y tiempo, descubrieron que este descubrimiento original no fue una casualidad: todos los nanocables de proteínas podían hacer lo mismo, produciendo una cantidad predecible de electricidad en las condiciones adecuadas. La configuración en la que aterrizaron era una delgada película de nanocables intercalados entre dos electrodos. El electrodo superior expone parte de la película al aire y a su humedad.

Las propiedades químicas de los nanocables son atractivas para la humedad del aire, dice Yao. La diferencia en la cantidad de agua en la película (más agua cerca de la superficie y menos agua en el interior) crea una diferencia en la cantidad de carga eléctrica en diferentes puntos de la película.

Yao y sus colegas informan que su pequeño dispositivo actualmente puede producir 0.5 voltios de electricidad (juego de palabras). También han conectado cinco de los dispositivos, produciendo 2.5 voltios entre ellos. Aunque los investigadores dicen que el dispositivo funciona mejor con una humedad relativa del 40-50 por ciento (su hogar debería estar entre 30 y 50 por ciento para una comodidad ideal), todavía produce voltajes detectables entre 20 por ciento de humedad relativa y 100 por ciento de humedad relativa.

"Los seres humanos tienen una larga historia en la utilización del agua para producir electricidad", escribe Yao en un comentario eso fue publicado junto con el artículo. Se podría pensar que este dispositivo es el nieto de una presa, en el sentido de que depende de una propiedad básica del agua, su capacidad de moverse de un lugar a otro, para producir energía.

Al igual que esta nueva tecnología, las represas derivan electricidad de un gradiente de agua. El líquido se mueve de un lugar de agua alta (un depósito) a un lugar de menos agua (un río). En el camino, empuja turbinas que producen electricidad. En el caso de los nanocables de proteínas, la electricidad no proviene de una turbina, sino directamente del "gradiente de humedad". Es como si la presa pudiera sacar agua del aire antes de empujarla a través de las turbinas. Los electrodos pueden transmitir esa electricidad.

Pero quedan muchas preguntas. El primero, desde la perspectiva de Yao: ¿podría el pequeño generador que han diseñado aumentar su escala para producir cantidades significativas de electricidad? Eso significaría analizar los problemas de ingeniería planteados al combinar muchos de estos pequeños dispositivos y ver si es posible generar cantidades significativas de voltaje en un dispositivo más grande. Hacer esa investigación requerirá más fondos, que el equipo está trabajando para asegurar.

Luego, está la cuestión de hacer suficientes nanocables de proteínas. La bacteria que los hace es difícil de cultivar en grandes cantidades y manipular genéticamente, Lovley y otros colegas reporte en un documento actualmente disponible en preimpresión pero en proceso de revisión por pares. Según los informes, utilizaron una bacteria fácil de cultivar, E. coli, para cultivar los nanocables de proteínas y decir que los resultados fueron tan conductores como los producidos con G. sulfurreducenst.

La humanidad no tendría problemas para encontrar usos para la electricidad que funciona con el aire, pero hay mucho más que aprender antes de que podamos adivinar cuán útil podría ser el Air-gen en la práctica. Y es poco probable que alguna tecnología produzca toda nuestra energía, sin importar cuán mágico suene en el papel. Pero vale la pena vigilar cualquier investigación que pueda generar una nueva fuente de energía renovable.

"Creo que es un trabajo muy interesante", dice Xudong Wang, un ingeniero de la Universidad de Wisconsin Madison que trabaja con otros tipos de nanocables no orgánicos para cosechar energía. "Siempre es emocionante ver surgir nuevos materiales y nuevos conceptos para proporcionar soluciones de energía renovable".

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