No solo a golpe de ingenio avanza la ciencia. En ocasiones lo hace por puros ramalazos de suerte. Le ocurrió hace algún tiempo al profesor Jun Yao, de la Universidad de Massachusetts (UMass) Amherst, mientras trabajaba en un sensor para la humedad del aire. El proyecto no tenía mayor intríngulis. Sus conclusiones sí. Mientras trabajaba en el dispositivo un estudiante se olvidó de enchufarlo, pero para asombro de Yao y sus colegas aquel conjunto de tubos microscópicos y nanocables siguió generando una débil señal eléctrica.
Desde entonces han continuado indagando. Y con resultados prometedores.
¿Generar electricidad de "la nada"? La expresión es de la UMAss, que a comienzos de 2020 sacaba pecho así de lo que habían logrado sus investigadores: desarrollar un dispositivo que básicamente usa una proteína natural para generar electricidad a partir de "la nada", una fórmula efectista que en realidad se refiere a algo mucho más convencional pero igual de sorprendente: la humedad del aire.
Su trabajo lo publicaron en 'Nature', donde el ingeniero Jun Yao y el microbiólogo Derek Lovley explicaban cómo habían elaborado un dispositivo con nanocables de proteína cultivados a partir de la bacteria Geobacter sulfurreducens. El nombre de su aportación: Air-gen. Al conectar electrodos con los finísimos conductos, de unos micrones de espesor, se genera una corriente eléctrica a partir de la humedad.
¿Una nueva fuente? "Estamos literalmente creando electricidad de la nada", celebraba Yao. La tecnología no era contaminante y ofrecía una solución renovable y low cost capaz de generar energía incluso en interiores y zonas particularmente secas, como el desierto del Sahara. Ya entonces su objetivo pasaba por ir más allá y trasladar su invento a una escala comercial, desarrollando dispositivos capaces de alimentar pequeños aparatos electrónicos, como relojes inteligentes, sensores diseñados para monitorizar la salud de sus usuarios o incluso smartphones.
¿Y qué novedad hay ahora? El equipo de UMass no se conformó con el hallazgo y ha seguido trabajando, lo que les ha permitido publicar un artículo en 'Advanced Materials'. Su estudio ha demostrado que casi cualquier material puede convertirse en un dispositivo capaz de captar electricidad a partir de la humedad. Para lograrlo han pasado de los nanocables a perforaciones diminutas. La clave está en que incorpore nanoporos con un diámetro inferior a 100 nanómetros, menos de la milésima parte de un cabello humano.
"De lo que nos dimos cuenta tras hacer el descubrimiento del Geobacter es de que la capacidad de generar electricidad a partir del aire, lo que llamamos 'efecto Air-gen', resulta ser genérica: literalmente, cualquier tipo de material puede cosechar electricidad del aire, siempre que tenga una propiedad determinada", explica Yao, quien celebra que, aunque "simple", su idea "abre todo tipo de posibilidades".
Pero… ¿Cómo funciona? "El aire contiene una enorme cantidad de electricidad", recuerda el profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática de la UMass antes de tirar de símiles para explicar su propuesta: "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 fiable. Lo que hicimos fue crear una nube a pequeña escala construida por humanos que produce electricidad de manera predecible y continua para que podamos cosecharla".
La lógica. El núcleo de esa "nube" se basa en el trabajado desarrollado por Lovley y Yao cuando apuntaron las posibilidades de un material elaborado con nanocables de proteína cultivados con Geobacter sulfurreducens. Si utilizan nanoporos de 100 nm es porque ese es el "camino libre medio" de las moléculas de agua, el recorrido que cubre una molécula antes de cochar con otra similar. Lo que plantean es usar una capa llena de nanoporos que permitan pasar las moléculas de agua de la parte superior a la inferior. Dado que la primera capa recibiría el "bombardeo" de más moléculas portadoras de carga, se crea un desequilibrio, como en una nube.
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¿Qué posibilidades ofrece? En 2020 los investigadores ya apuntaban las posibilidades del Air-gen, tanto en el terreno de las renovables como en el del diseño de ciertos dispositivos médicos. Su enfoque tres años después sigue siendo igual de ambicioso: "La humedad del aire es una gran reserva de energía sostenible que, a diferencia de la solar o eólica, está disponible de forma continua", recoge el ensayo de 'Advanced Materials'. Su propuesta para la captación de energía a partir de la humedad puede aplicarse además, reivindican, a una "amplia gama" de materiales siempre que presenten nanoporos que permitan el pase de agua.
"Abrimos una amplia puerta para obtener electricidad limpia a partir del aire", celebra Xiaomeng Liu, uno de los autores del artículo. Desde la UMass destacan además que la humedad está siempre presente, lo que permitiría obtener energía 24 horas al día los siete días de la semana y solucionar uno de los hándicaps de renovables como la eólica o solar: las intermitencias, que derivan en desajustes entre cuándo los sistemas generan energía y cuando realmente se demanda.
¿Son los únicos en trabajar en esa línea? No. La higroelectricidad, electricidad de la humedad, ha atraído a otros investigadores, que también han avanzado en el camino. Hace no mucho os hablábamos de hecho de Catcher, un proyecto respaldado por la Unión Europea y que aspira a transformar humedad de la atmósfera en electricidad. En la iniciativa están embarcados Svitlana Lyubckyk y sus hijos, impulsares de CascataChuva. "Desarrollamos una solución tecnológica revolucionaria para producir electricidad mediante la conversión directa de la energía de absorción de la humedad, elaborando un dispositivo de 'humedad atmosférica en electricidad' altamente innovador", detallan en su web.
Imagen | Veronica Alvarado (Unsplash)
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*Una versión anterior de este artículo se publicó en julio de 2023
