Los científicos están extrayendo energía de la nada • Earth.com

En un estudio innovador de la Universidad de Massachusetts Amherst, los ingenieros han demostrado el potencial para producir energía limpia de forma continua a partir de la humedad del aire. El secreto es una estructura porosa a nanoescala que se puede incorporar a prácticamente cualquier material.

La investigación, que se publica en la revista Materiales avanzadospodría revolucionar el sector de las energías renovables y allanar el camino hacia un futuro más sostenible.

El autor principal del artículo, Xiaomeng Liu, es un estudiante graduado de la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst. Liu expresó su entusiasmo por el descubrimiento: “Estamos abriendo una puerta ancha para recolectar electricidad limpia de la nada”.

el atmosférico electricidad que se explota con esta nueva tecnología es abundante. El autor principal del estudio, el profesor Jun Yao, lo comparó con una nube que, señaló, es esencialmente una masa de gotas de agua cargadas.

“El aire contiene una enorme cantidad de electricidad”, dijo Yao, “Cada una de esas gotas contiene una carga, y cuando las condiciones son las adecuadas, la nube puede producir un rayo. 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”.

El notable mecanismo, denominado “efecto Air-gen genérico”, es una expansión del trabajo anterior de Yao y el coautor, el profesor Derek Lovley, que se publicó en 2020. El estudio demostró que la electricidad podría recolectarse continuamente del aire usando un material especializado hecho de nanocables de proteínas, derivado de una bacteria llamada Geobacter sulfurreducens.

Según Yao, el equipo se dio cuenta después de hacer el descubrimiento de Geobacter de que la capacidad de generar electricidad a partir del aire, al que llamaron ‘efecto Air-gen’, es un proceso genérico que cualquier material puede realizar, dada una propiedad específica. La característica clave es una porosidad con nanoporos de menos de 100 nanómetros (nm), que es menos de una milésima parte del ancho de un cabello humano.

Esta condición se relaciona con un parámetro conocido como “camino libre medio”, que se refiere a la distancia promedio entre las moléculas individuales de una sustancia. En este caso, el agua en el aire viaja antes de chocar con otra molécula de la misma sustancia. En el contexto de la humedad del aire, esta distancia es de aproximadamente 100 nm.

Esta realización permitió a Yao y su equipo diseñar un recolector de electricidad basado en el camino libre medio. El dispositivo cuenta con una fina capa de material repleta de nanoporos de menos de 100 nm, lo que facilita el movimiento de las moléculas de agua de arriba hacia abajo.

Debido al diminuto tamaño de los poros, las moléculas de agua chocan con el borde del poro, creando un desequilibrio de carga similar al de una nube, con la parte superior de la capa acumulando más moléculas de agua portadoras de carga que la parte inferior. Básicamente, esto da como resultado una batería en funcionamiento continuo, siempre que haya humedad en el aire.

Yao describió la idea como “simple”, pero señaló su novedad y el potencial que abre para el futuro. “Nunca se ha descubierto antes, y abre todo tipo de posibilidades”.

La amplia gama de materiales que podrían usarse para construir la cosechadora significa que puede adaptarse a diferentes entornos y hacerse rentable. La generación continua de electricidad, independientemente de la hora del día o del clima, aborda algunos de los desafíos que enfrentan las fuentes de energía renovable, como la energía eólica o solar, que dependen de condiciones específicas.

Otra ventaja de la tecnología radica en su escalabilidad. Dado que la humedad del aire se difunde en el espacio tridimensional y que el grosor del dispositivo Air-gen es solo una fracción del ancho de un cabello humano, miles de estos dispositivos podrían apilarse uno encima del otro.

La capacidad de colocar dispositivos en capas sin aumentar significativamente su huella podría mejorar en gran medida la producción de energía sin requerir espacio adicional. Tal dispositivo Air-gen tiene el potencial de generar energía a nivel de kilovatios, suficiente para el uso estándar de servicios públicos eléctricos.

Yao es optimista acerca de las posibilidades que puede brindar esta tecnología, y prevé un futuro en el que se pueda acceder a electricidad limpia en cualquier lugar. “Imagínese un mundo futuro en el que la electricidad limpia esté disponible donde quiera que vaya”, dijo. La naturaleza universal del efecto Air-gen podría transformar esta visión en realidad, haciendo que la energía renovable sea más accesible que nunca.

Esta prometedora investigación fue posible gracias al apoyo de varias organizaciones, incluida la Fundación Nacional de Ciencia, Sony Group, Link Foundation y el Instituto de Ciencias de la Vida Aplicadas (IALS) en UMass Amherst. El IALS es una colaboración interdisciplinaria que atrae la experiencia de 29 departamentos en el campus de UMass Amherst, comprometidos con traducir la investigación fundamental en innovaciones prácticas para la salud y el bienestar humanos.

Más sobre energía limpia

La energía limpia, también conocida como energía renovable, es producida por fuentes que no agotan los recursos naturales ni dañan significativamente el medio ambiente durante su operación. Estos son algunos tipos comunes de energía limpia:

Energía solar

Generada aprovechando la energía del sol, la energía solar se ha vuelto cada vez más popular debido a la caída de los costos de los paneles solares. Los paneles solares convierten la luz solar en electricidad, que se puede usar inmediatamente o almacenar en baterías para su uso posterior. Las granjas solares pueden generar grandes cantidades de electricidad, mientras que las instalaciones más pequeñas pueden alimentar edificios u hogares individuales.

Energía eólica

Los aerogeneradores capturan la energía cinética del viento y la convierten en electricidad. Los parques eólicos pueden estar en tierra o en alta mar, y estos últimos a menudo producen más energía debido al viento más fuerte y constante en el mar.

Energía hidroeléctrica

Esta forma de energía es generada por el flujo de agua, a menudo de las represas. El flujo del agua impulsa turbinas, que generan electricidad. Aunque la energía hidroeléctrica es renovable y no produce emisiones directas, la construcción de represas puede tener impactos ambientales significativos.

Energía geotérmica

Este tipo de energía utiliza el calor interno de la Tierra. El vapor o el agua caliente de debajo de la superficie de la Tierra se utilizan para impulsar turbinas y generar electricidad. La energía geotérmica es constante y no depende de las condiciones climáticas, a diferencia de la energía solar o eólica.

Bioenergía

La energía derivada de materiales orgánicos, como plantas y desechos, se conoce como bioenergía. Esto puede ser en forma sólida (madera, plantas secas), líquida (biocombustibles como etanol, biodiesel) o gaseosa (biogás). Si bien la quema de biomasa produce emisiones de carbono, se considera neutral en carbono si la tasa de consumo de biomasa es sostenible.

Energía mareomotriz y undimotriz

Estos tipos de energía marina capturan el movimiento del océano. La energía de las mareas utiliza el ascenso y descenso regulares de las mareas costeras para impulsar las turbinas, mientras que la energía de las olas aprovecha el poder de las olas de la superficie del océano.

Energía nuclear

Si bien técnicamente no es una forma de energía renovable, la energía nuclear a veces se incluye en las discusiones sobre energía limpia porque produce electricidad sin liberar dióxido de carbono. Sin embargo, sí produce otros tipos de desechos radiactivos, que requieren una gestión cuidadosa.

En la transición hacia un futuro sostenible, la energía limpia juega un papel fundamental. Las innovaciones, como la del equipo de UMass Amherst que puede recolectar electricidad a partir de la humedad del aire, representan avances emocionantes. El desarrollo y la adopción de estas tecnologías tienen el potencial de reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y mitigar los impactos del cambio climático.

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