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TECNOLOGÍA. "AirGen", nuevo sistema que genera electricidad a partir de la humedad del aire


Los científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst han desarrollado un dispositivo que utiliza una proteína natural para generar electricidad a partir de la humedad del aire, una nueva tecnología que, según dicen, podría tener implicaciones significativas para el futuro de las energías renovables, el cambio climático y el futuro de la medicina.

El descubrimiento se ha publicado en la revista Nature. Los laboratorios del ingeniero eléctrico Jun Yao y el microbiólogo Derek Lovley en UMass Amherst han creado un dispositivo que llaman "generador de aire" o generador alimentado por aire, con nanocables de proteínas conductores de electricidad producidos por el microbio conocido como Geobacter  sulfurreducens. El "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.





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, porque a diferencia de estas otras fuentes de energía renovable, el Air-gen no requiere luz solar o viento, e "incluso funciona en  ambientes interiores".


"Este es solo el comienzo de una nueva era de dispositivos electrónicos basados ​​en proteínas" - Jun Yao

Los investigadores explican que el dispositivo Air-gen requiere solo 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. La película absorbe el vapor de agua de la atmósfera. Una combinación entre 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 necesarias para generar una corriente eléctrica entre los dos electrodos.


Imagen de una delgada película de proteínas nanocables capaces de generar electricidad a partir de la humedad atomosférica. Fuente: Yao and Lovley labs, University of Massachusetts Amherst.

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. Los próximos pasos que planean incluyen el desarrollo de un pequeño "parche" Air-gen que pueda 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-gens para aplicar a los teléfonos celulares y así eliminar la carga periódica.


Los dispositivos producen un voltaje sostenido de alrededor de 0,5 voltios a través de una película de 10 micrómetros de espesor, con una densidad de corriente de alrededor de 17 microamperios por centímetro cuadrado. La conexión de varios dispositivos aumenta de forma lineal el voltaje y la corriente para alimentar la electrónica. Los resultados demuestran la viabilidad de una estrategia continua de producción de energía que está menos limitada por la ubicación o las condiciones ambientales que otros enfoques medio-ambientalmente sostenibles.

Además, los científicos han desarrollado una nueva cepa de la bacteria E. coli, que produce cantidades mucho mayores de nanocables proteicos. Se espera que este desarrollo pueda hacer que el Air-gen sea comercialmente viable, tal vez algún día reemplazando las baterías en dispositivos como teléfonos inteligentes ... aunque las posibilidades no terminan ahí. El objetivo final es diseñar sistemas a gran escala. Por ejemplo, la tecnología podría incorporarse a la pintura de la pared de casa y así ayudar a alimentar eléctricamente a su hogar. O, podríamos desarrollar generadores autónomos que suministren electricidad de la red. 





QUÉ ES UN GEOBACTER
Un microbio natural llamado Geobacter produce nanocables proteicos conductores de electricidad. Al tocar estos nanocables utilizando electrodos, el dispositivo puede generar efectivamente una corriente eléctrica a partir de la humedad suficiente para alimentar pequeños componentes electrónicos en su forma actual. Los científicos sospechan que la carga es causada por protones que se difunden a lo largo de los nanocables. El gradiente de humedad mantenido, que es fundamentalmente diferente a cualquier cosa vista en sistemas anteriores, explica la salida de voltaje continuo de nuestro dispositivo de nanocables.

Hace varios años, un equipo del MIT también desarrolló un sistema que generaba electricidad utilizando vapor de agua ambiental, aunque incorporaba una serie de placas conductoras que atraen y repelen el agua.

Fuentes:
- X. Liu et al. Power generation from ambient humidity using protein nanowires. Nature, published online February 17, 2020; doi: 10.1038/s41586-020-2010-9
Yun-Lu Sun et al, Conductive Composite Materials Fabricated from Microbially Produced Protein Nanowires, Small (2018). DOI: 10.1002/smll.201802624
- Getting a charge out of water droplets. Water condensing and jumping from a superhydrophobic surface can be harnessed to produce electricity. David L. Chandler | MIT News Office, July 14, 2014. http://news.mit.edu/2014/getting-charge-out-water-droplets-0714

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