La Tecnología de Recolección de Energía Extrae la Electricidad del Aire

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Una humilde bacteria descubierta en el lodo del río es en realidad una dinamo de recolección de energía. Una nueva investigación muestra que los filamentos de proteínas de un microbio llamado Geobacter sulfurrenducens pueden convertirse en un dispositivo delgado como el papel que extrae electricidad del aire húmedo. Esta innovadora energía renovable , que se produjo por casualidad en el laboratorio, funciona en el aire con humedad ambiente normal (aproximadamente 40% a 50% de humedad relativa), pero también funciona en un aire tan seco como el desierto del Sahara o tan húmedo como el de Florida.

“Encontramos una forma de producir electricidad de forma continua a partir del ambiente, en cualquier lugar, en cualquier momento”, dice el ingeniero eléctrico Jun Yao, profesor asistente de la Universidad de Massachusetts Amherst.

En experimentos de laboratorio, Yao y su equipo vincularon 17 películas de recolección de energía para generar 10 voltios de electricidad, que es suficiente para alimentar un teléfono celular. Él dice que debido a que la humedad es ubicua, esta solución de energía renovable puede producir electricidad día y noche, sin importar las condiciones ambientales. También se puede apilar verticalmente para ocupar menos espacio que los paneles solares, por ejemplo. Él y su equipo publicaron su investigación en febrero de 2020.

Basado en la densidad de energía en una película delgada, Yao estima que un dispositivo de varias capas del tamaño de un refrigerador podría alimentar un hogar promedio, siempre que el ambiente tenga la humedad adecuada. Él imagina pilas convertidas en una variedad de formas que van desde artísticas y futuristas hasta aquellas que se combinan a la perfección con el entorno natural. “El potencial es infinito“.

Descubrimiento Accidental

bacterias de energia

Yao y su equipo no se propusieron inventar un dispositivo de energía renovable. Sucedió por casualidad después de que un colega de la universidad, el microbiólogo Derek Lovley, le presentó a Yao el microbio Geobacter y describió cómo creció pequeños cables hechos de proteínas para transferir cargas a otros microbios. Cuando Lovley le mostró a Yao imágenes de los nanocables de proteínas, Yao dice que la bacteria lo sorprendió. “No sabía que existía o que era conductor”.

Como ingeniero eléctrico, Yao pensó que un uso obvio para los nanocables de proteínas era convertirlos en un sensor de salud portátil que pudiera, por ejemplo, controlar la frecuencia respiratoria de una persona o la hidratación de su piel o detectar qué tan bien estaba curando una herida. Yao alistó al estudiante graduado de primer año en ese momento, Xiaomeng Liu, para probar la viabilidad de dicho dispositivo al intercalar una película delgada de los nanocables entre dos electrodos enchufados a una toma eléctrica y luego medir la cantidad de carga que condujeron los nanocables.

Por Accidente

Liu olvidó enchufar el dispositivo en un día, pero notó que el dispositivo todavía estaba recibiendo energía y que podía recargarse. Después de realizar algunas investigaciones y descartar un puñado de explicaciones, los científicos descubrieron que cuando colocaban el dispositivo de nanocables de proteínas en una cámara y bajaban la humedad, la corriente disminuía.

Después de exponer el dispositivo de recolección de energía a diferentes niveles de humedad. El equipo descubrió que funcionaba en una amplia gama de humedad de diferentes entornos geográficos. Mientras parte de la película esté expuesta al aire y pueda absorber la humedad. Se desarrolla un gradiente de humedad. Con moléculas de agua que se difunden constantemente dentro y fuera de la parte superior. En ese punto, los cargos comienzan a acumularse. La diferencia de carga entre la parte superior e inferior de la película hace que los electrones fluyan. Dijo Yao a Science. Su colega Derek Lovley le sugirió que nombrara el dispositivo Air Gen.

Haciendo más

luz

Los cálculos mostraron que podrían aumentar la recolección de energía al unir más dispositivos. Al igual que conectar muchos paneles solares en celdas solares. Para hacer esto, necesitaban más nanocables de proteínas de la bacteria. Pero cultivar grandes cantidades de microbios Geobacter para cosechar sus nanocables es difícil. Estas bacterias viven en ambientes que tienen poco o nada de oxígeno. Por lo que cultivar muchas de ellas en un laboratorio requiere una cámara costosa que puede crear condiciones anaeróbicas.

Lovley, que había descubierto los microbios. Descubrió que podía manipular genéticamente la bacteria Escherichia coli, fácil de cultivar. Para producir nanocables de proteínas que tengan el mismo diámetro y el mismo poder conductor que los de Geobacter. También son igual de duraderos. Yao dice que el nanocable de proteína orgánica es más robusto que aquellos hechos de sustancias inorgánicas como el silicio. Lovley realizó experimentos que demuestran que los nanocables permanecen estables en soluciones duras que van desde el vinagre hasta el agua salada. Que corroe el metal rápidamente. “Eso es atractivo en términos de implementación práctica”, dice Yao.

El dispositivo también podría tener formas interesantes. Para dar la apariencia de arte o incluso fusionarse con el entorno natural. Imagine una planta de energía que, a primera vista. Se parece a un huerto de árboles, por ejemplo.

Quedan muchas preguntas sobre los nanocables de proteínas, dice Yao. Algunos de ellos están relacionados con los mecanismos fundamentales y por qué se comportan como lo hacen. Nadie lo sabe con certeza. Otras preguntas tienen que ver con la eficiencia de esta nueva tecnología verde y el descubrimiento de sus límites superiores. Pero ahí es donde prospera Yao. “Desde una perspectiva de investigación, es bueno porque queremos seguir investigando esto“, dice Yao.

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