Investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst dicen que han encontrado una forma de generar electricidad a partir de la humedad del aire que nos rodea. Su investigación ha sido publicada en la revista material avanzado el 5 de mayo de 2023. Aquí está el extracto de ese estudio:

“La humedad del aire es una reserva de energía vasta y sostenible que, a diferencia de la solar y la eólica, está disponible continuamente. Sin embargo, las tecnologías descritas anteriormente para recolectar energía a partir de la humedad del aire no son continuas o requieren una síntesis o procesamiento de materiales únicos, lo que ha dificultado la escalabilidad y el amplio despliegue. Aquí se informa un efecto genérico para la recolección continua de energía a partir de la humedad del aire, que se puede aplicar a una amplia gama de materiales inorgánicos, orgánicos y biológicos.

“La característica común de estos materiales es que están diseñados con nanoporos apropiados para permitir que el aire y el agua pasen y se sometan a un intercambio dinámico de adsorción-desorción en la interfaz porosa, lo que da como resultado una carga superficial. La interfaz superior expuesta experimenta esta interacción dinámica más que la interfaz inferior sellada en una estructura de dispositivo de película delgada, lo que produce un gradiente de carga espontáneo sostenido para una salida eléctrica continua.

“Los análisis de las propiedades de los materiales y las salidas eléctricas conducen a un modelo de ‘condensador con fugas’ que puede describir cómo se recolecta la electricidad y predecir comportamientos actuales consistentes con los experimentos. Las predicciones del modelo impulsan la fabricación de dispositivos hechos de uniones heterogéneas de diferentes materiales para expandir aún más la categoría de dispositivos. El trabajo abre una puerta ancha para la amplia exploración de la electricidad sostenible del aire.

La electricidad del aire sucedió por accidente.

Es sorprendente la cantidad de avances en ciencia y tecnología que suceden por accidente. El pegamento de las notas adhesivas que apenas es capaz de sujetar una hoja de papel a la puerta de un refrigerador es el resultado de la investigación de 3M sobre los adhesivos que podrían pegar las alas de un avión al fuselaje. WD-40 se llamó así porque fue el intento fallido número 40 de encontrar una sustancia que repele el agua de las superficies duras, como las alas de los aviones.

«Para ser honesto, fue un accidente», dijo el profesor Jun Yao de la Escuela de Ingeniería de UMass Amherst y autor principal del estudio. El guardián. “En realidad, estábamos interesados ​​en hacer un sensor simple para la humedad en el aire. Pero por alguna razón, el estudiante que estaba trabajando en él se olvidó de enchufar la energía.

El equipo de UMass Amherst se sorprendió al descubrir que el dispositivo, que estaba compuesto por una serie de tubos microscópicos o nanocables, producía una señal eléctrica a pesar de todo. Cada nanocable tenía menos de una milésima parte del diámetro de un cabello humano, lo suficientemente ancho para que entrara una molécula de agua en el aire, pero tan estrecho que la molécula de agua podría chocar dentro del tubo. Eventualmente descubrieron que cada golpe le daba al material una pequeña carga. A medida que aumentaba la frecuencia de las descargas, un extremo del tubo se cargaba de manera diferente que el otro. «Así que es realmente como una batería», dice Yao. «Tienes una atracción positiva y otra negativa, y cuando las conectas, la carga fluirá».

Para su estudio reciente, el equipo de Yao se alejó de los nanocables y, en cambio, está perforando millones de pequeños agujeros, o nanoporos, en varios materiales. El dispositivo que idearon es del tamaño de una miniatura y una quinta parte del grosor de un cabello humano. Puede generar alrededor de un microvatio, suficiente para iluminar un solo píxel en una pantalla LED grande.

Entonces, ¿qué se necesitaría para alimentar el resto de la pantalla, o incluso una casa entera, El guardián ¿preguntó? «La belleza es que el aire está en todas partes», dijo Yao. «Incluso si una hoja delgada del dispositivo emite una cantidad muy pequeña de electricidad o potencia, en principio, podemos apilar más capas en el espacio vertical para aumentar la potencia».

«El aire contiene una gran cantidad de electricidad», agregó. “Piensa en una nube, que no es más que una masa de gotas de agua. Cada una de estas gotas contiene una carga y, cuando las condiciones son las 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 artificial a pequeña escala que produce electricidad para nosotros de manera predecible y continua para que podamos recolectarla.

Porque el abejorro no puede volar

Durante años, los científicos se han preguntado acerca del humilde abejorro. De acuerdo con las leyes de la aerodinámica, es demasiado gordo y pesado para poder mantenerse en pie y moverse por el aire. Sin embargo, ahí están, fuera de nuestras ventanas de verano, zumbando satisfechos de flor en flor.

Aquí hay una lección, si elegimos escuchar la evidencia que está justo delante de nuestros ojos, una lección que Melvin Van Peebles resumió mejor, quien dijo: “Un abejorro no puede volar. Es aerodinámicamente defectuoso. Pero él no lo sabe. [There is actually a delightful video from the Smithsonian that explains exactly how the bumblebee flies. It has nothing to do with this article, but it is worth watching nonetheless.]

La profesora Svitlana Lyubchyk y sus hijos gemelos, Andriy y Sergiy, han estado investigando la posibilidad de producir electricidad a partir de la humedad del aire desde 2015. Al principio, «nos consideraban monstruos, los tipos que decían algo completamente imposible». Andriy dijo El guardián.

Desde entonces, han fundado CascataChuva, una startup con sede en Londres que busca comercializar la tecnología. Hasta la fecha, ha recibido 5,5 millones de euros de financiación del Consejo Europeo de Innovación. El resultado es un disco gris delgado de 4 centímetros de diámetro. Según Lyubchyk, uno de esos dispositivos puede generar 1,5 voltios y 10 miliamperios relativamente modestos. Sin embargo, 20 000 de ellos apilados en un cubo del tamaño de una lavadora podrían generar 10 kilovatios-hora de energía por día, aproximadamente la misma cantidad de electricidad que usa una casa típica del Reino Unido todos los días. Esperan tener un prototipo listo para demostración en 2024.

Peter Dobson, profesor emérito de ciencias de la ingeniería en la Universidad de Oxford, ha seguido la investigación de los equipos de UMass Amherst y Catcher y se muestra optimista. “Cuando lo escuché por primera vez, dije: ‘Oh, sí, otro de esos’. Pero no, tiene patas, este tiene. Si puede diseñarlo y escalarlo y evitar que se contamine con microbios atmosféricos, debería funcionar.

Incluso después del desafío pendiente de conectar miles de estos dispositivos, el costo sigue siendo un problema importante. “Todas las nuevas tecnologías de energía tienen que pensar en la ‘prima verde’”, dice Colin Price, profesor de geofísica en la Universidad de Tel Aviv, refiriéndose al costo adicional de elegir una tecnología limpia en lugar de una que emite más gases de efecto invernadero. “Las recompensas ecológicas son enormes en este momento para esta tecnología, pero es de esperar que se reduzcan con la investigación y el desarrollo, la inversión, las exenciones fiscales de la energía limpia y los impuestos a la energía sucia”.

El precio es correcto, por supuesto, pero solo mire el historial de costos de energía solar para comprender las posibilidades aquí. Los paneles solares originalmente eran muy caros y producían solo un chorrito de electricidad. Hoy producen electricidad más barata que cualquier otra fuente.

Los Lyubchyk estiman que el costo nivelado de la energía (el costo actual neto promedio de la electricidad de un generador durante su vida útil) de estos dispositivos será alto para empezar, pero al pasar a la producción en masa, esperan reducirlo drásticamente. , en última instancia, haciendo que esta energía hidroeléctrica sea competitiva con la solar y la eólica. Sin embargo, para que eso funcione, necesitarán inversión, acceso a materias primas y equipos para procesarlas.

El equipo acepta que podría llevar años optimizar un prototipo y aumentar la producción, pero si tienen éxito, los beneficios son claros. A diferencia de la energía solar o eólica, los generadores hidroeléctricos pueden funcionar de día o de noche, en interiores o exteriores, y en muchos lugares. El equipo incluso espera algún día fabricar materiales de construcción a partir de sus dispositivos. “Imagina que puedes construir partes de un edificio usando este material”, dice Andriy. «No hay necesidad de transferir energía, no hay necesidad de infraestructura».

Una punta del sombrero a Nikola Tesla

Hace casi un siglo, Nikola Tesla soñaba con producir electricidad ilimitada del aire que nos rodea. Pensó en la Tierra y la atmósfera superior como dos extremos de una enorme batería. Tesla era considerado un lunático, un espectáculo secundario como los fanáticos del carnaval que se ganaban la vida mordiendo las cabezas de los pollos. [That is in fact the derivation of the word “geek.”] Sus ideas eran demasiado extravagantes, demasiado extravagantes, para que la comunidad científica las tomara en serio.

Sin embargo, hoy sus ideas son ampliamente reconocidas como simplemente adelantadas a su tiempo. Elon Musk incluso nombró a Tesla Motors en su honor. ¿Alguna vez obtendremos una cantidad significativa de electricidad del aire? ¿Quién sabe? Cuando se crearon los primeros LED, eran tan tenues que nadie pensó que alguna vez tendrían un uso práctico. Sin embargo, hoy en día se utilizan para los faros de nuestros coches.

Henry Ford dijo la famosa frase: «Tanto si crees que puedes como si no, tienes razón». El profesor Yao y su equipo, Svitlana Lyubchyk y sus hijos creen que tienen razón y que sus creencias podrían transformar la historia humana.

 

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