Obtienen abundante energía limpia y continua de la nada, cosechando electricidad del aire

«El aire contiene una enorme cantidad de electricidad», explica Jun Yao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Facultad de Ingeniería de UMass Amherst, y autor principal del artículo. «Piensa en una nube, que no es más que una masa de gotas de agua. Cada una de esas gotas contiene una carga y, cuando las condiciones son las adecuadas, la nube puede producir un rayo; sin embargo, no sabemos cómo capturar la electricidad de un rayo de una forma confiable«. Pero lo que sí se puede controlar es una nube artificial a pequeña escala, que produce electricidad de manera predecible »y cuya energía podemos cosechar«, señala Yao.

No se trata de un concepto nuevo: el mismo investigador junto con Derek Lovley, profesor de Microbiología en UMass Amherst, ya plantearon en un estudio publicado en la revista 'Nature' en 2020 que esa energía podía recolectarse utilizando un material especial hecho de nanocables formados por una proteína cultivados a partir de la bacteria Geobacter sulfurreducens. Es decir, convirtieron a esta bacteria en una fábrica de nanocables que se conectaban a unos electrodos de tal manera que que se se generaba corriente eléctrica a partir del vapor de agua presente de forma natural en la atmósfera. El dispositivo, bautizado como Air-gen.

«Lo que nos dimos cuenta después de hacer este descubrimiento es que la capacidad de generar electricidad a partir del aire, lo que luego llamamos el 'efecto Air-gen', resulta ser genérico: literalmente, cualquier tipo de material puede recolectar electricidad del aire, siempre que tenga una propiedad determinada», señala Yao. Y esa propiedad clave son los agujeros de menos de 100 nanómetros, o lo que es lo mismo: poros de menos de una milésima parte del ancho de un cabello humano.

Esto se debe a un parámetro conocido como «recorrido libre medio»: la distancia que recorre una sola 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 recorrido libre medio es de unos 100 nm.

Yao y sus colegas se dieron cuenta de que podían diseñar un recolector de electricidad basado en este número. Esta 'cosechadora' estaría hecha de una fina capa de material llena de nanoporos menores de 100 nm que dejarían pasar moléculas de agua desde la parte superior a la inferior del material. Pero, debido a que cada poro es tan pequeño, las moléculas de agua chocarían fácilmente contra el borde del poro al pasar a través de la capa delgada.

Esto significa que la parte superior de la capa sería bombardeada con muchas más moléculas de agua portadoras de carga que la parte inferior, creando un desequilibrio de carga, como el de una nube, ya que la parte superior aumenta su carga en relación con la parte inferior. Esto crearía efectivamente una batería, una que funcione mientras haya humedad en el aire. «La idea es simple, pero nunca antes se había descubierto -señala Yao. Abre todo tipo de posibilidades».

Este dispositivo podría diseñarse a partir de literalmente todo tipo de material, ofreciendo amplias opciones para fabricaciones rentables y adaptables al medio ambiente. «Podrían existir cosechadoras hechas de un tipo de material para ambientes de selva tropical y otro para regiones más áridas, por ejemplo», señala Yao

Y dado que la humedad está siempre presente, este dispositivo funcionaría las 24 horas del día, los 7 días de la semana, llueva o truene, de noche y sople o no el viento, lo que resuelve uno de los principales problemas de tecnologías como la eólica o la solar, que solo funcionan en determinadas condiciones.

Finalmente, debido a que la humedad del aire se difunde en el espacio tridimensional y el grosor del dispositivo Air-gen es solo una fracción del ancho de un cabello humano, muchos miles de ellos se pueden apilar uno encima del otro, aumentando eficientemente la cantidad de energía sin aumentar la huella del dispositivo. Sus creadores aseguran que sería capaz de entregar energía a nivel de kilovatios para el uso general de servicios públicos eléctricos.

«Imagina un mundo futuro en el que la electricidad limpia esté disponible donde quiera que vaya -concluye Yao-. El efecto Air-gen significa que este mundo futuro puede convertirse en una realidad».