Ya se puede generar electricidad del aire con ayuda de bacterias

Una biopelícula recoge energía de la evaporación del agua para convertirla en electricidad. Esto podría revolucionar el uso de dispositivos electrónicos personales

Gerardo Sifuentes

27/05/2023 12:00pm

El aire contiene una enorme cantidad de electricidad, pero ¿esta podría aprovecharse? En una nube, por ejemplo, que no es más que una masa de gotas de agua, cada una de sus gotas contiene una carga y, cuando las condiciones son las adecuadas, la nube puede producir un rayo, aunque en realidad no se sabe cómo capturar la electricidad de un rayo de manera confiable. Este fenómeno se puede simular en laboratorio: Lo que ha hecho un equipo de científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst (EE. UU.), fue crear una nube artificial a pequeña escala que produce electricidad de forma continua para que se le pueda «ordeñar» con ayuda de una lámina bacteriana.

El concepto rector detrás de este experimento depende del «efecto aire-genérico», el cual se basa en una investigación previa del año 2020, donde se muestra que se puede recoger electricidad del aire utilizando un material hecho de nanocables de proteína, cultivados a partir de la bacteria Geobacter sulfurreducens.

¿Cómo está hecha la membrana?

Se trata de una delgada lámina de células bacterianas del grosor de una hoja de papel, producida naturalmente por una versión genéticamente modificada de la bacteria Geobacter sulfurreducens. Se sabe que la bacteria produce electricidad y se ha utilizado anteriormente en «baterías microbianas» para alimentar pequeños dispositivos eléctricos. Pero tales baterías requieren que la G. sulfurreducens sea cuidadosamente cultivada y se alimente con una dieta específica. Por el contrario, esta nueva biopelícula, que puede suministrar más energía que una batería de tamaño similar, funciona de forma continua. La G. sulfurreducens crece en colonias que parecen delgadas alfombras o tapetes, y cada uno de los microbios individuales se conecta con sus vecinos a través de una serie de alambres o nanocables naturales.

El equipo de científicos recolecta estos tapetes y usa un láser para grabar pequeños circuitos. Una vez que se graban las membranas, se intercalan entre los electrodos y finalmente se sellan con un polímero suave, pegajoso y transpirable que se puede aplicar directamente sobre la piel. Una vez que esta pequeña batería se «enchufa» aplicándola al cuerpo, esta puede alimentar dispositivos pequeños.

¿Cómo se obtiene electricidad del aire?

Cualquier tipo de material puede recolectar electricidad del aire, siempre que tenga una determinada propiedad: debe tener agujeros de menos de 100 nanómetros (nm), o menos de una milésima parte del ancho de un cabello humano. 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.

Un cosechador de electricidad de este tipo está hecho de la fina capa de material del que está hecha la membrana, llena de nanoporos de menos 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 chocarán fácilmente contra el borde del poro al pasar a través de la capa. 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.

¿Qué aplicaciones podría tener?

«La idea es simple», afirma Jun Yao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst y autor principal de la investigación, «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».

Debido a que la humedad del aire se difunde en el espacio tridimensional y el grosor del dispositivo aire-genérico es solo una fracción del ancho de un cabello humano, se pueden apilar miles de ellos uno encima del otro, aumentando eficientemente la cantidad de energía. Tal dispositivo aire-genérico sería capaz de entregar energía a nivel de kilovatios para el uso general de servicios públicos eléctricos. Y dado que la humedad está siempre presente, la cosechadora funcionará las 24 horas del día, los 7 días de la semana, llueva o truene, de noche y con o sin el viento, lo que resuelve uno de los principales problemas de tecnologías como la eólica o la solar, que solo funcionan en determinadas condiciones. «Imagínense un mundo futuro en el que la electricidad limpia esté disponible dondequiera que vaya», dice Yao. «El efecto aire-genérico significa que este mundo futuro puede convertirse en una realidad».

El artículo «Efecto genérico de generación de aire en materiales nanoporosos para la recolección sostenible de energía a partir de la humedad del aire» fue publicado por la revista de revisión por pares Advanced Materials el 5 de mayo de 2023.