Imagen gráfica de una película delgada de nanocables de proteínas que generan electricidad a partir de la humedad atmosférica. Foto: UMass Amherst/ Yao y Lovley labs.
Científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst han desarrollado un dispositivo que utiliza una proteína natural para generar electricidad a partir de la humedad del aire.
Esta nueva tecnología podría tener implicaciones significativas para el futuro de las energías renovables, el cambio climático y el futuro de la medicina, según sus creadores.
Este desarrollo es el fruto de la colaboración entre el ingeniero eléctrico Jun Yao y el microbiólogo Derek Lovley, ambos de la citada universidad. Los resultados se publican en la revista Nature.
Generador de aire
El revolucionario dispositivo se llama "Air-gen" o generador alimentado por aire. Funciona con nanocables de proteínas conductores de electricidad producidos por un microbio perteneciente a la familia de proteobacterias llamada Geobacter.
El Air-gen conecta electrodos a los nanocables de proteínas de tal manera que se genera corriente eléctrica a partir del vapor de agua presente de forma natural en la atmósfera.
Según los investigadores, este método supone producir electricidad prácticamente de la nada y conseguir energía limpia constantemente.
La nueva tecnología es no contaminante, renovable y barata. Puede generar energía incluso en áreas con humedad extremadamente baja, como el desierto del Sahara.
Tiene ventajas significativas sobre otras formas de energía renovable, como la solar y la eólica, porque a diferencia de estas otras fuentes, el Air-gen no requiere luz solar o eólica, e "incluso funciona en interiores".
Mecanismo original
Todo empezó cuando, hace más de 30 años, Lovley descubrió esta protobacteria en el río Potomac. Luego observó que podía producir nanocables de proteínas conductores de electricidad.
A continuación se alió con Yao para conectar esos nanocables de proteínas con electrodos (células electroquímicas conductoras de electricidad), y ambos generaron así corriente eléctrica.
El efecto se consigue mediante la humedad atmosférica: los nanocables de proteínas absorben el agua y sencillamente producen voltaje.
Los investigadores convirtieron entonces esa propiedad en un dispositivo de múltiples aplicaciones.
Los investigadores explican que Air-gen solo requiere una película delgada de nanocables de proteínas de menos de 10 micras de espesor. La película es la que absorbe el vapor de agua de la atmósfera.
La combinación de la conductividad eléctrica con la química de la superficie de los nanocables de proteínas, es la que crea las condiciones necesarias para que se genere una corriente eléctrica entre los electrodos.
Múltiples aplicaciones
Los investigadores dicen que la generación actual de dispositivos Air-gen puede alimentar pequeños dispositivos electrónicos y esperan llevar la invención a escala comercial.
Los próximos pasos que planean incluyen el desarrollo de un pequeño "parche” Air-gen que pueda alimentar dispositivos portátiles electrónicos, como monitores de salud y del estado físico o relojes inteligentes, lo que eliminaría el requisito de baterías tradicionales.
También esperan desarrollar Air-gen para introducirlo a los teléfonos celulares y evitar así la necesidad de recargar sus baterías periódicamente.
Este dispositivo se puede introducir también en la pintura de las paredes de las casas para que obtengan electricidad de forma autónoma y no necesiten tomar energía de la red eléctrica.
Incluso serviría para desarrollar generadores autónomos y limpios, alimentados únicamente por aire, que suministren electricidad a núcleos urbanos fuera de los circuitos industriales actuales.
Los investigadores confían en que, fabricado a escala industrial, este dispositivo pueda servir para articular grandes sistemas que generan energía sostenible y cambiar la actual ecuación energética, origen último del calentamiento global.
Esta nueva tecnología podría tener implicaciones significativas para el futuro de las energías renovables, el cambio climático y el futuro de la medicina, según sus creadores.
Este desarrollo es el fruto de la colaboración entre el ingeniero eléctrico Jun Yao y el microbiólogo Derek Lovley, ambos de la citada universidad. Los resultados se publican en la revista Nature.
Generador de aire
El revolucionario dispositivo se llama "Air-gen" o generador alimentado por aire. Funciona con nanocables de proteínas conductores de electricidad producidos por un microbio perteneciente a la familia de proteobacterias llamada Geobacter.
El Air-gen conecta electrodos a los nanocables de proteínas de tal manera que se genera corriente eléctrica a partir del vapor de agua presente de forma natural en la atmósfera.
Según los investigadores, este método supone producir electricidad prácticamente de la nada y conseguir energía limpia constantemente.
La nueva tecnología es no contaminante, renovable y barata. Puede generar energía incluso en áreas con humedad extremadamente baja, como el desierto del Sahara.
Tiene ventajas significativas sobre otras formas de energía renovable, como la solar y la eólica, porque a diferencia de estas otras fuentes, el Air-gen no requiere luz solar o eólica, e "incluso funciona en interiores".
Mecanismo original
Todo empezó cuando, hace más de 30 años, Lovley descubrió esta protobacteria en el río Potomac. Luego observó que podía producir nanocables de proteínas conductores de electricidad.
A continuación se alió con Yao para conectar esos nanocables de proteínas con electrodos (células electroquímicas conductoras de electricidad), y ambos generaron así corriente eléctrica.
El efecto se consigue mediante la humedad atmosférica: los nanocables de proteínas absorben el agua y sencillamente producen voltaje.
Los investigadores convirtieron entonces esa propiedad en un dispositivo de múltiples aplicaciones.
Los investigadores explican que Air-gen solo requiere una película delgada de nanocables de proteínas de menos de 10 micras de espesor. La película es la que absorbe el vapor de agua de la atmósfera.
La combinación de la conductividad eléctrica con la química de la superficie de los nanocables de proteínas, es la que crea las condiciones necesarias para que se genere una corriente eléctrica entre los electrodos.
Múltiples aplicaciones
Los investigadores dicen que la generación actual de dispositivos Air-gen puede alimentar pequeños dispositivos electrónicos y esperan llevar la invención a escala comercial.
Los próximos pasos que planean incluyen el desarrollo de un pequeño "parche” Air-gen que pueda alimentar dispositivos portátiles electrónicos, como monitores de salud y del estado físico o relojes inteligentes, lo que eliminaría el requisito de baterías tradicionales.
También esperan desarrollar Air-gen para introducirlo a los teléfonos celulares y evitar así la necesidad de recargar sus baterías periódicamente.
Este dispositivo se puede introducir también en la pintura de las paredes de las casas para que obtengan electricidad de forma autónoma y no necesiten tomar energía de la red eléctrica.
Incluso serviría para desarrollar generadores autónomos y limpios, alimentados únicamente por aire, que suministren electricidad a núcleos urbanos fuera de los circuitos industriales actuales.
Los investigadores confían en que, fabricado a escala industrial, este dispositivo pueda servir para articular grandes sistemas que generan energía sostenible y cambiar la actual ecuación energética, origen último del calentamiento global.
El dispositivo Air-gen actual puede alimentar dispositivos pequeños. Foto: UMass Amherst/ Yao y Lovley labs.
Nueva era tecnológica
Esta posibilidad no es una utopía porque, según los investigadores, ya disponen de una nueva cepa microbiana que produce nanocables de proteínas masivamente de una forma rápida y económica.
Eso significa que en un futuro próximo, el suministro de nanocables de proteínas para que Air-Gen alcance proporciones industriales habrá dejado de ser un problema.
Este desarrollo marca el comienzo de una nueva era de dispositivos electrónicos basados en proteínas, concluyen los investigadores. Y no es la única novedad en el campo de la biotecnología aplicada a la cuestión energética.
Esta posibilidad no es una utopía porque, según los investigadores, ya disponen de una nueva cepa microbiana que produce nanocables de proteínas masivamente de una forma rápida y económica.
Eso significa que en un futuro próximo, el suministro de nanocables de proteínas para que Air-Gen alcance proporciones industriales habrá dejado de ser un problema.
Este desarrollo marca el comienzo de una nueva era de dispositivos electrónicos basados en proteínas, concluyen los investigadores. Y no es la única novedad en el campo de la biotecnología aplicada a la cuestión energética.
Referencia
Power generation from ambient humidity using protein nanowires. Xiaomeng Liu et al. Nature (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2010-9
Power generation from ambient humidity using protein nanowires. Xiaomeng Liu et al. Nature (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2010-9