Científicos logran generar electricidad a partir de la “nada”

Dos científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst (Estados Unidos) han desarrollado un dispositivo que utiliza una proteína natural para generar electricidad a partir de la humedad del aire.

Según publicaron el último lunes en la revista Nature, esta nueva tecnología, llamada 'Air-gen’, podría tener implicaciones significativas para el futuro de las energías renovables, el cambio climático y la medicina.

Los laboratorios del ingeniero eléctrico Jun Yao y el microbiólogo Derek Lovley en UMass Amherst han creado un dispositivo que llaman un ‘generador de aire’ o generador alimentado por aire, con nanocables de proteínas conductores de electricidad producidos por el microbio Geobacter.

‘Air-gen’ conecta electrodos a los nanocables de proteínas de tal manera que se genera corriente eléctrica a partir del vapor de agua presente de forma natural en la atmósfera.

“Estamos literalmente produciendo electricidad de la nada —destaca Yao—. El ‘Air-gen’ genera energía limpia 24/7”.

Lovley, quien ha avanzado en materiales electrónicos basados en biología sostenible durante tres décadas, agrega: “Es la aplicación más sorprendente y emocionante de nanocables de proteínas hasta ahora”.

Una tecnología para todo el mundo

La nueva tecnología desarrollada en el laboratorio de Yao es no contaminante, renovable y de bajo costo. Puede generar energía incluso en áreas con humedad extremadamente baja, como el desierto del Sahara.

Tiene ventajas significativas sobre otras formas de energía renovable, como la solar y la eólica, asegura Lovley, porque a diferencia de estas otras fuentes de energía renovable, el 'Air-gen' no requiere luz solar o viento, e "incluso funciona en interiores".

Los investigadores explican que el dispositivo solo requiere una película delgada de nanocables de proteínas de menos de 10 micras de espesor. La parte inferior de la película descansa sobre un electrodo, mientras que un electrodo más pequeño que cubre solo una parte de la película de nanocables se encuentra en la parte superior.

¿Cómo funciona?

La película absorbe el vapor de agua de la atmósfera. Una combinación de la conductividad eléctrica y la química de la superficie de los nanocables de proteínas, junto con los poros finos entre los nanocables dentro de la película, establece las condiciones que generan una corriente eléctrica entre los dos electrodos.

Los investigadores dicen que la generación actual de dispositivos ‘Air-gen’ puede alimentar pequeños dispositivos electrónicos y esperan llevar la invención a escala comercial pronto.

Todo a partir de un microorganismo

El descubrimiento del ‘Air-gen’ refleja una colaboración interdisciplinaria inusual, sostienen. Lovley descubrió el microbio ‘Geobacter’ en el lodo del río Potomac hace más de 30 años. Más tarde, su laboratorio descubrió su capacidad para producir nanocables de proteínas conductores de electricidad.

Antes de llegar a UMass Amherst, Yao había trabajado durante años en la Universidad de Harvard, donde diseñó dispositivos electrónicos con nanocables de silicio. Se unieron para ver si podían fabricarse dispositivos electrónicos útiles con los nanocables de proteínas cosechados de Geobacter.

Xiaomeng Liu, estudiante en el laboratorio de Yao, estaba desarrollando dispositivos sensores cuando notó algo inesperado. “Vi que cuando los nanocables se ponían en contacto con los electrodos de una manera específica, los dispositivos generaban una corriente —recuerda—. Descubrí que esa exposición a la humedad atmosférica era esencial y que los nanocables de proteínas adsorbían agua, produciendo un gradiente de voltaje en el dispositivo”.

LLevando el ‘Air-gen’ a un nuevo nivel

Los próximos pasos que planean incluyen el desarrollo de un pequeño "parche" 'Air-gen' que puede alimentar dispositivos portátiles electrónicos como monitores de salud y estado físico y relojes inteligentes, lo que eliminaría el requisito de baterías tradicionales. También esperan desarrollar 'Air-gen' para aplicar a los teléfonos celulares para eliminar la carga periódica.

“El objetivo final es hacer sistemas a gran escala. Por ejemplo, la tecnología podría incorporarse en la pintura de la pared que podría ayudar a alimentar su hogar —explica Yao—. O, podríamos desarrollar generadores autónomos alimentados por aire que suministren una red de electricidad"

"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”, añade.

Continuando con el avance de las capacidades biológicas prácticas de Geobacter, el laboratorio de Lovley desarrolló recientemente una nueva cepa microbiana para producir nanocables de proteínas de forma más rápida y económica.

“Convertimos ‘E. coli’ en una fábrica de nanocables de proteínas —explica—. Con este nuevo proceso escalable, el suministro de nanocables de proteínas ya no será un cuello de botella para desarrollar estas aplicaciones”.