Michael Strano, profesor de ingeniería química en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Estados Unidos), y su equipo han publicado un artículo sobre la posibilidad de generar energía usando electroquímica sin cables. Se trata de una nueva forma de generar energía que podría propulsar pequeñas máquinas en el futuro.
Aunque muy limitada, esta tecnología puede abrir las puertas a un nuevo tipo de generación energética muy localizada, sin cables y que no haga uso de baterías. Ideal para nanomáquinas, sensores aislados y procesos industriales que requieran pequeñas corrientes.
En busca de nuevas fuentes de energía
Hubo un tiempo en que los humanos desconocían el poder de la combustión para usar la energía atrapada en el carbón. Aunque, de saber las consecuencias de explotarla, quizá se hubiese dejado donde estaba. También hubo un tiempo en que no se sabía cómo extraer la energía del viento, ni usar la electricidad como transporte, ni la energía encerrada en el átomo.
En la actualidad, parece que se ha descubierto un nuevo sistema para captar energía. A la cabeza se encuentra el mencionado Strano, un investigador que lleva desde 2005 trabajando con nanotubos de carbono y sus propiedades. ¿Podrían estos alimentar parte del creciente consumo de energía humana?
Tardó unos años, pero en 2010 él y sus colegas publicaron ‘Coherence Resonance in a Single-Walled Carbon Nanotube Ion Channel’, en el que hablaban de una propiedad que permitiría “generar formas ondulares coherentes en un entorno inherentemente ruidoso” [entiéndas, ruido como vibración a nivel atómico], de forma que sería viable crear “nuevos tipos de nanoreactores, sensores y canales nanofluídicos basados ??en esta plataforma” de nanotubos.
La búsqueda de una nueva forma de energía es el santo grial de la ciencia básica moderna, con el proyecto ITER como el más desarrollado a gran escala. Aunque existen propuestas interesantes a pequeña escala, como la piezoelectricidad y las células fotovoltaicas nocturnas, toda nueva fuente de energía será bien recibida.
Como muestra el gráfico superior, cada año que pasa se consume más electricidad por cada persona en el mundo. Si bien es cierto que parte es debida a que muchos países se electrifican, la realidad es que la gente, en general, consumirá mañana más que hoy. Se necesitan nuevas herramientas de generación energética.
¿Cómo funciona la electroquímica sin cables?
“Se ha demostrado que la adsorción asimétrica de moléculas de agua a través de películas delgadas de proteínas nanoestructuradas produce energía eléctrica continua a 0,5 V y 17 µA ? cm?2”, dice el nuevo paper de Strano, señalando varios estudios previos con propiedades similares. Pero, ¿esto qué significa y cómo traducirlo a legos de la química?
El título del estudio, ‘Electroquímica inducida por solventes en una partícula de Janus de carbono asimétrica eléctricamente’ (2021), da pistas sobre una explicación que no haga uso de terminología compleja. Básicamente, han logrado generar reacciones eléctricas a bajo nivel gracias a que un disolvente orgánico conocido como acetonitrilo CH3CN extrae electrones de algunas partículas.
Ese ‘robo de electrones’ puede ser medido y ha llegado a los 902 mV, que es bastante. Las partículas en cuestión son micropartículas de Janus, un tipo que presenta dos o más características especiales. En este caso se ha usado una red de nanotubos de carbono de pared simple (SWNT). El procedimiento completo es el que sigue:
- Se introducen nanotubos SWNT en el solvente CH3CN.
- Debido a la asimetría espacial en el área de la superficie del SWNT expuesta al CH3CN, el solvente se desvía hacia la mitad de la partícula SWNT.
- En este momento el solvente dopa o retira electrones de la superficie de carbono expuesta, creando un gradiente, lo que impulsa el flujo de electrones a través de la partícula. Ese flujo es aprovechable.
Por descontado, el artículo científico es infinitamente más complejo y se analizan más materiales, pero esta es la mecánica básica. Una que puede alimentar un pequeño ejército de nanomáquinas.
¿Por qué la electroquímica sin cables es útil?
Con voltajes y amperajes tan bajos, resulta evidente que este método para generar electricidad no alimentará la climatización de un edificio o un coche eléctrico, pero sí podría impulsar nanorobots para usos varios. Por ejemplo, industria, medicina y monitorización ambiental, entre otros.
Uno de los puntos más interesantes de la publicación es que con estas ‘partículas catalíticas Janus’ es posible obtener un flujo de electrones directamente en el medio ambiente. Es decir, será posible depositar una carga de robots para monitorizar un bioma sin necesidad de baterías.
Dejar atrás las baterías es otro de los puntos fuertes de estos experimentos, que además carece de cables externos que impulsen la reacción electroquímica. Su aplicación en la industria probablemente se vea en los próximos años, y es que hay muchos proyectos que requieren de pequeñas corrientes como la que este mecanismo es capaz de proveer.
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