Casi cualquier material puede transformarse en un dispositivo que recoja de forma continua electricidad del aire húmedo, lo que posibilita la obtención de una gran cantidad de energía limpia. Según un artículo publicado en la revista Advanced Materials por ingenieros de la Universidad de Massachusetts Amherst, el secreto reside en la capacidad de salpicar el material con nanoporos de menos de 100 nanómetros de diámetro.
Xiaomeng Liu, estudiante de postgrado de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst y autor principal del trabajo, afirma: "Es muy emocionante. Estamos abriendo una gran puerta para obtener electricidad limpia a partir del aire".
Jun Yao, profesor adjunto de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst y también autor principal, agrega: "El aire contiene una enorme cantidad de electricidad. Pensemos en una nube, que consiste en gotitas de agua cargadas. Cuando se dan las condiciones adecuadas, la nube puede generar un rayo, pero no sabemos cómo capturar de manera confiable la electricidad de un rayo".
Explica que han creado una nube a pequeña escala construida por el ser humano que genera electricidad de manera predecible y continua para poder aprovecharla.
El núcleo de esta nube artificial se basa en lo que Yao y sus colegas llaman el "efecto genérico Air-gen", que se basa en un trabajo anterior realizado en 2020, donde demostraron que se podía cosechar electricidad del aire de forma continua utilizando nanocables de proteína cultivados a partir de la bacteria 'Geobacter sulfurreducens', un material especializado.
"Nos dimos cuenta de que la capacidad de generar electricidad a partir del aire, lo que llamamos 'efecto Air-gen', resulta ser genérica: literalmente, cualquier tipo de material puede cosechar electricidad del aire, siempre y cuando tenga una propiedad específica", destaca Yao.
Según señala, esta propiedad implica que el material debe tener poros de menos de 100 nanómetros (nm), es decir, menos de una milésima parte del ancho de un cabello humano.
Esto se debe al "camino libre medio", que es la distancia que recorre una molécula de una sustancia, en este caso agua en el aire, antes de chocar con otra molécula de la misma sustancia. Cuando las moléculas de agua están suspendidas en el aire, su camino libre medio es de aproximadamente 100 nm.
Yao y sus colegas descubrieron que podían diseñar un recolector de electricidad basado en este número. Este recolector estaría compuesto por una fina capa de material llena de nanoporos de menos de 100 nm que permitirían el paso de las moléculas de agua de la parte superior a la inferior del material.
Sin embargo, debido al pequeño tamaño de cada poro, 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 recibiría muchas más moléculas de agua portadoras de carga que la parte inferior, lo que crearía un desequilibrio de carga similar al de una nube, ya que la carga en la parte superior aumentaría en comparación con la inferior. De esta manera, se crearía una especie de batería que funcionaría mientras haya humedad en el aire.
"La idea es simple, pero nunca antes había sido descubierta y abre todo tipo de posibilidades. El recolector podría ser diseñado con prácticamente cualquier tipo de material, lo que ofrece amplias oportunidades de fabricación rentable y adaptabilidad al medio ambiente. Podríamos imaginar recolectores hechos de diferentes materiales para entornos de selva tropical y otros para regiones más áridas", explica Yao.
Además, debido a que la humedad está siempre presente, el recolector funcionaría las 24 horas del día, los 7 días de la semana, sin importar si llueve o hace sol, si sopla el viento o no o si es de día o de noche. Esto resuelve uno de los principales desafíos de tecnologías como la eólica o la solar, que solo funcionan en condiciones específicas.
Por último, como la humedad del aire se dispersa en un espacio tridimensional y el grosor del dispositivo Air-gen es solo una fracción del grosor de un cabello humano, se pueden apilar miles de ellos uno encima del otro, aumentando efectivamente la cantidad de energía sin aumentar el tamaño del dispositivo. Un dispositivo Air-gen de este tipo sería capaz de suministrar kilovatios de energía.
"Imagina un futuro en el que la electricidad limpia esté disponible en todas partes. El efecto genérico Air-gen significa que este futuro puede hacerse realidad", concluye Yao.
