19.02.2020 - University of Massachusetts Amherst

La nueva tecnología verde genera electricidad "de la nada

Generación de energía a partir de la humedad ambiental usando nanocables de proteínas

Los científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst han desarrollado un dispositivo que utiliza una proteína natural para crear electricidad a partir de la humedad del aire, una nueva tecnología que, según ellos, podría tener importantes implicaciones para el futuro de la energía renovable, el cambio climático y el futuro de la medicina.

Como se informó en Nature, los laboratorios del ingeniero eléctrico Jun Yao y el microbiólogo Derek Lovley en UMass Amherst han creado un dispositivo que llaman "Air-gen" o generador de aire, con nanocables de proteínas conductoras de la electricidad producidos por el microbio Geobacter. El Air-gen conecta los electrodos a los nanocables de las proteínas de tal manera que la corriente eléctrica se genera a partir del vapor de agua presente de forma natural en la atmósfera.

"Estamos literalmente haciendo electricidad del aire", dice Yao. "El generador de aire genera energía limpia 24/7". Lovely, que ha avanzado en los materiales electrónicos basados en la biología sostenible durante tres décadas, añade: "Es la aplicación más sorprendente y emocionante de los nanocables de las proteínas hasta ahora".

La nueva tecnología desarrollada en el laboratorio de Yao es no contaminante, renovable y de bajo costo. Puede generar energía incluso en áreas con una humedad extremadamente baja como el desierto del Sahara. Tiene ventajas significativas sobre otras formas de energía renovable, incluyendo la solar y la eólica, dice Lovley, porque a diferencia de estas otras fuentes de energía renovable, el Air-gen no requiere de la luz solar o el viento, y "funciona incluso en interiores".

El dispositivo Air-gen sólo requiere una fina película de nanocables proteínicos de menos de 10 micrones de grosor, explican los investigadores. La parte inferior de la película descansa sobre un electrodo, mientras que un electrodo más pequeño que cubre sólo una parte de la película de nanoalambre se encuentra en la parte superior. La película absorbe el vapor de agua de la atmósfera. La combinación de la conductividad eléctrica y la química de la superficie de los nanocables de las proteínas, junto con los finos poros entre los nanocables dentro de la película, establece las condiciones que generan una corriente eléctrica entre los dos electrodos.

Los investigadores dicen que la actual generación de dispositivos de generación de aire son capaces de alimentar pequeños aparatos electrónicos, y esperan llevar el invento a escala comercial pronto. Los próximos pasos que planean incluyen el desarrollo de un pequeño "parche" del generador de aire que puede alimentar artículos electrónicos para usar, como monitores de salud y fitness y relojes inteligentes, lo que eliminaría el requisito de las baterías tradicionales. También esperan desarrollar Air-gens para aplicar a los teléfonos celulares para eliminar la carga periódica.

Yao dice: "El objetivo final es hacer sistemas a gran escala. Por ejemplo, la tecnología podría ser incorporada en la pintura de las paredes que podría ayudar a alimentar su casa. O podemos desarrollar generadores autónomos de aire que suministren electricidad fuera de la red. Una vez que lleguemos a una escala industrial para la producción de alambre, espero plenamente que podamos hacer grandes sistemas que contribuyan en gran medida a la producción de energía sostenible".

Continuando con el avance de las capacidades biológicas prácticas de la Geobacteria, el laboratorio de Lovley ha desarrollado recientemente una nueva cepa microbiana para producir en masa, de forma más rápida y económica, nanocables proteínicos. "Convertimos la E. coli en una fábrica de nanoalambres de proteínas", dice. "Con este nuevo proceso escalable, el suministro de nanocables proteínicos ya no será un cuello de botella para el desarrollo de estas aplicaciones".

El descubrimiento del generador de aire refleja una inusual colaboración interdisciplinaria, dicen. Lovley descubrió el microbio Geobacter en el lodo del río Potomac hace más de 30 años. Su laboratorio descubrió más tarde su capacidad de producir nanoalambres de proteínas conductoras de la electricidad. Antes de llegar a UMass Amherst, Yao había trabajado durante años en la Universidad de Harvard, donde diseñó dispositivos electrónicos con nanocables de silicio. Se unieron para ver si se podían hacer dispositivos electrónicos útiles con los nanoalambres de proteína cosechados de la Geobacter.

Xiaomeng Liu, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Yao, estaba desarrollando dispositivos de sensores cuando notó algo inesperado. Recuerda: "Vi que cuando los nanocables se ponían en contacto con los electrodos de una manera específica, los dispositivos generaban una corriente. Descubrí que la exposición a la humedad atmosférica era esencial y que los nanocables de proteína absorbían agua, produciendo un gradiente de voltaje a través del dispositivo".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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