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| Impresión artística de la película de nanocables del dispositivo. (Laboratorios UMass Amherst / Yao y Lovley / Ella Maru Studio) |
Lo encontraron enterrado en las orillas fangosas del río Potomac hace más de tres décadas: un extraño "organismo de sedimentos" que podía hacer cosas que nadie había visto antes en bacterias.
Este microbio inusual, perteneciente al género Geobacter, se destacó por primera vez por su capacidad de producir magnetita en ausencia de oxígeno, pero con el tiempo los científicos descubrieron que también podía hacer otras cosas, como nanocables bacterianos que conducen electricidad.
Durante años, los investigadores han estado tratando de encontrar formas de explotar útilmente ese don natural, y este año podrían haberse topado con un dispositivo que llaman Air-gen. Según el equipo, su dispositivo puede generar electricidad a partir de ... bueno, casi nada.
"Estamos literalmente produciendo electricidad de la nada", dijo el ingeniero eléctrico Jun Yao de la Universidad de Massachusetts Amherst en febrero. "El Air-gen genera energía limpia 24/7".
La afirmación puede sonar como una exageración, pero un estudio reciente de Yao y su equipo describe cómo el generador accionado por aire puede crear electricidad sin nada más que la presencia de aire a su alrededor. Todo es gracias a los nanocables de proteínas conductores de electricidad producidos por Geobacter (G. sulfurreducens, en este caso).
El Air-gen consiste en una película delgada de nanocables de proteínas que mide solo 7 micrómetros de espesor, colocada entre dos electrodos, pero también expuesta al aire.
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| Imagina poder alimentar dispositivos con la humedad del aire |
Debido a esa exposición, la película de nanocables puede adsorber el vapor de agua que existe en la atmósfera, lo que permite que el dispositivo genere una corriente eléctrica continua conducida entre los dos electrodos.
El equipo dijo que la carga probablemente se crea por un gradiente de humedad que crea una difusión de protones en el material de nanocables.
"Se espera que esta difusión de carga induzca un campo eléctrico de contrapeso o un potencial análogo al potencial de membrana en reposo en los sistemas biológicos", explicaron los autores en su estudio.
"Un gradiente de humedad mantenido, que es fundamentalmente diferente a todo lo visto en sistemas anteriores, explica la salida continua de voltaje de nuestro dispositivo de nanocables".
El descubrimiento se hizo casi por accidente, cuando Yao notó que los dispositivos con los que estaba experimentando conducían electricidad aparentemente por sí mismos.
"Vi que cuando los nanocables fueron contactados con electrodos de una manera específica, los dispositivos generaron una corriente", dijo Yao.
"Descubrí que la exposición a la humedad atmosférica era esencial y que los nanocables de proteínas adsorbían el agua y producían un gradiente de voltaje en el dispositivo".
Investigaciones anteriores han demostrado la generación de energía hidrovoltaica utilizando otros tipos de nanomateriales, como el grafeno, pero esos intentos han producido en gran medida solo explosiones cortas de electricidad, que duran tal vez solo unos segundos.
Por el contrario, el Air-gen produce un voltaje sostenido de alrededor de 0,5 voltios, con una densidad de corriente de aproximadamente 17 microamperios por centímetro cuadrado.
Eso no es mucha energía, pero el equipo dijo que conectar múltiples dispositivos podría generar suficiente energía para cargar dispositivos pequeños como teléfonos inteligentes y otros dispositivos electrónicos personales, todo sin desperdicio y usando nada más que humedad ambiental (incluso en regiones tan secas como el desierto del Sahara) .
"El objetivo final es hacer sistemas a gran escala", dijo Yao, explicando que los esfuerzos futuros podrían usar la tecnología para alimentar hogares a través de nanocables incorporados en la pintura de la pared.
"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".
Si hay un retraso para darse cuenta de este potencial aparentemente increíble, es la cantidad limitada de nanocables que produce G. sulfurreducens.
La investigación relacionada de uno de los miembros del equipo, el microbiólogo Derek Lovley, quien identificó por primera vez los microbios Geobacter en la década de 1980, podría tener una solución para eso: genéticamente otras bacterias, como E. coli, para realizar el mismo truco en suministros masivos.
"Convertimos E. coli en una fábrica de nanocables de proteínas", dijo Lovley.
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| Finalmente, la temida E. Coli podría tener una gran utilidad. |
"Con este nuevo proceso escalable, el suministro de nanocables de proteínas ya no será un cuello de botella para desarrollar estas aplicaciones".
Los hallazgos se informan en Nature.
Una versión de este artículo se publicó por primera vez en febrero de 2020.
Fuente: https://www.sciencealert.com/in-good-news-scientists-built-a-device-that-generates-electricity-out-of-thin-air