Un equipo de ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst (Estados Unidos) ha demostrado recientemente que casi cualquier material puede convertirse en un dispositivo que recoja continuamente electricidad de la humedad del aire, lo que permite obtener abundante energía limpia del aire, 24 horas al día, 7 días a la semana.
El secreto reside en poder salpicar el material con nanoporos de menos de 100 nanómetros de diámetro, según publican en la revista ‘Advanced Materials’.
“Es muy emocionante –afirma Xiaomeng Liu, estudiante de postgrado de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst y autor principal del trabajo–. Estamos abriendo una gran puerta a la obtención de electricidad limpia a partir del aire”.
“El aire contiene una enorme cantidad de electricidad –añade Jun Yao, profesor adjunto de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst y autor principal–. Pensemos en una nube, que no es más que una masa de gotitas de agua. Cada una de esas gotitas contiene una carga y, cuando se dan las condiciones adecuadas, la nube puede producir un rayo, pero no sabemos cómo capturar de forma fiable la electricidad de un rayo”.
“Lo que hemos hecho es crear una nube a pequeña escala construida por el ser humano que nos produzca electricida de forma predecible y continua para que podamos cosecharla”, explica.
Humedad, aire y energía
El corazón de la nube artificial depende de lo que Yao y sus colegas llaman el “efecto genérico Air- gen”, y se basa en el trabajo que Yao y el coautor Derek Lovley, Profesor Distinguido de Microbiología en UMass Amherst, habían completado previamente en 2020 demostrando que la electricidad podía cosecharse continuamente del aire utilizando un material especializado hecho de nanocables de proteína cultivados a partir de la bacteria ‘Geobacter sulfurreducens’.
“De lo que nos dimos cuenta después de hacer el descubrimiento de la ‘Geobacter‘ –destaca Yao, es de que la capacidad de generar electricidad a partir del aire, lo que entonces llamamos “efecto Air-gen”, resulta ser genérica: literalmente, cualquier tipo de material puede cosechar electricidad del aire, siempre que tenga una propiedad determinada”.
Según señala, esa propiedad es que tiene que tener agujeros de menos de 100 nanómetros (nm), es decir, menos de una milésima parte de la anchura de un cabello humano. Esto se debe a un parámetro conocido como “camino libre medio”, la distancia que recorre una única molécula de una sustancia, en este caso agua en el aire, antes de chocar con otra única molécula de la misma sustancia.
Cuando las moléculas de agua están suspendidas en el aire, su camino libre medio es de unos 100 nm. Yao y sus colegas se dieron cuenta de que podían diseñar un cosechador de electricidad basado en este número. Este cosechador estaría hecho de una fina capa de material llena de nanoporos de menos de 100 nm que dejarían pasar las moléculas de agua de la parte superior a la inferior del material.
Pero como cada poro es tan pequeño, las moléculas de agua chocarían fácilmente con el borde del poro al atravesar la fina 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, lo que crearía un desequilibrio de carga, como el de una nube, ya que la parte superior aumentaría su carga con respecto a la inferior. Se crearía así una batería que funcionaría mientras hubiera humedad en el aire.
“La idea es sencilla –reconoce Yao–, pero nunca se había descubierto antes, y abre todo tipo de posibilidades. La cosechadora podría diseñarse literalmente con todo tipo de materiales, lo que ofrece amplias posibilidades de fabricación rentable y adaptable al medio ambiente. Podríamos imaginar cosechadoras de un tipo de material para entornos de selva tropical y de otro para regiones más áridas”, apunta.
Y como la humedad está siempre presente, la cosechadora funcionaría 24 horas al día, 7 días a la semana, llueva o haga sol, por la noche y sople o no el viento, lo que resuelve uno de los principales problemas de tecnologías como la eólica o la solar, que sólo funcionan en determinadas condiciones.
Por último, como la humedad del aire se difunde en un espacio tridimensional y el grosor del dispositivo Air-gen es sólo una fracción de la anchura de un cabello humano, pueden apilarse muchos miles de ellos unos encima de otros, aumentando eficazmente la cantidad de energía sin aumentar la huella del dispositivo.
Un dispositivo Air-gen de este tipo sería capaz de suministrar kilovatios-litio. “Imagina un mundo futuro en el que la electricidad limpia esté disponible dondequiera que vayas –señala Yao–. El efecto genérico Air-gen significa que este mundo futuro puede hacerse realidad”.