El aire, la nueva energía limpia 24/7 que no sabíamos que existía

Un equipo de ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst ha demostrado recientemente que casi cualquier material se puede convertir en un dispositivo que recolecta electricidad de forma continua a partir de la humedad del aire. El secreto está en poder salpicar el material con nanoporos de menos de 100 nanómetros de diámetro. La investigación apareció en la revista Advanced Materials .

“Esto es muy emocionante”, dice Xiaomeng Liu, estudiante graduado en ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst y autor principal del artículo. “Estamos abriendo una puerta ancha para recolectar electricidad limpia de la nada”.

“El aire contiene una enorme cantidad de electricidad”, dice Jun Yao , profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst, y autor principal del artículo.

"Piensa en una nube, que no es más que una masa de gotas 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 la electricidad de un rayo de manera confiable. Lo que hemos hecho es crear una nube a pequeña escala construida por humanos que produce electricidad para nosotros de manera predecible y continua para que podamos cosecharla”.

Aire 'eléctrico'

El corazón de la nube hecha por el hombre depende de lo que Yao y sus colegas llaman el "efecto Air-gen genérico", y se basa en el trabajo que Yao y el coautor Derek Lovley, Profesor Distinguido de Microbiología en UMass Amherst, habían completado previamente en 2020, mostrando que la electricidad podría recolectarse continuamente del aire utilizando un material especializado hecho de nanocables de proteína cultivados a partir de la bacteria Geobacter sulfurreducens .

“Lo que nos dimos cuenta después de hacer el descubrimiento de Geobacter”, dice Yao, “es que la capacidad de generar electricidad a partir del aire, lo que luego llamamos el 'efecto Air-gen', resulta ser genérico: literalmente, cualquier tipo de material puede recolectar electricidad del aire, siempre que tenga una propiedad determinada”.

Esto se debe a un parámetro conocido como "recorrido libre medio", la distancia que recorre una sola molécula de una sustancia, en este caso agua en el aire, antes de chocar con otra molécula de la misma sustancia. Cuando las moléculas de agua están suspendidas en el aire, su recorrido libre medio es de unos 100 nm, o lo que es lo mismo, la milésima parte del ancho de un pelo humano.

Proceso nanométrico

Yao y sus colegas se dieron cuenta de que podían diseñar un recolector de electricidad basado en este número. Esta cosechadora estaría hecha de una fina capa de material llena de nanoporos menores de 100 nm que dejarían pasar moléculas de agua desde la parte superior a la inferior del material. Pero debido a que cada poro es tan pequeño, las moléculas de agua chocarían fácilmente contra el borde del poro al pasar a través de la capa delgada.

Esto significa que la parte superior de la capa sería bombardeada con muchas más moléculas de agua portadoras de carga que la parte inferior, creando un desequilibrio de carga, como el de una nube, ya que la parte superior aumenta su carga en relación con la parte inferior. Esto crearía efectivamente una batería, una que funcione mientras haya humedad en el aire.

“La idea es simple”, dice Yao, “pero nunca antes se había descubierto y abre todo tipo de posibilidades”. La cosechadora podría diseñarse a partir de literalmente todo tipo de material, ofreciendo amplias opciones para fabricaciones rentables y adaptables al medio ambiente. “Podrías imaginar cosechadoras hechas de un tipo de material para ambientes de selva tropical y otro para regiones más áridas”.

Generación 24/7

Y dado que la humedad está siempre presente, la cosechadora funcionaría las 24 horas del día, los 7 días de la semana, llueva o truene, de noche y sople o no el viento, lo que resuelve uno de los principales problemas de tecnologías como la eólica o la solar, que solo funcionan en determinadas condiciones.

Finalmente, debido a que la humedad del aire se difunde en el espacio tridimensional y el grosor del dispositivo Air-gen es solo una fracción del ancho de un cabello humano, muchos miles de ellos se pueden apilar uno encima del otro, aumentando eficientemente la cantidad. de energía sin aumentar la huella del dispositivo. Tal dispositivo Air-gen sería capaz de entregar energía a nivel de kilovatios para el uso general de servicios públicos eléctricos.

“Imagínese un mundo futuro en el que la electricidad limpia esté disponible donde quiera que vaya”, dice Yao. “El efecto genérico Air-gen significa que este mundo futuro puede convertirse en una realidad”.

Esta investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias, el Grupo Sony, la Fundación Link y el Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas (IALS) en Universidad de Massachusetts Amherst.