Investigadores canadienses inventan nuevo método para extraer energía del proceso de fotosíntesis de las algas y alimentar dispositivos del Internet de las Cosas

Actualizado: 05/07/2024

La necesidad de alejarse de los combustibles fósiles hacia una producción de energía más sostenible es crítica. Es por eso que un equipo de investigadores de Concordia está explorando una fuente de energía potencial que no solo no produce emisiones de carbono, sino que elimina carbono mientras funciona: las algas.

Investigación innovadora en el Laboratorio de Microbiosistemas Ópticos-Biológicos

Investigadores del Laboratorio de Microbiosistemas Ópticos-Biológicos han publicado recientemente un nuevo artículo sobre este tema en la revista Energies. En él, describen su método para extraer energía del proceso de fotosíntesis de algas suspendidas en una solución especializada y alojadas en pequeñas celdas de energía. Configuradas correctamente, estas celdas pueden generar suficiente energía para alimentar dispositivos de baja y ultra baja potencia, como los sensores del Internet de las Cosas (IoT).

Extracción de electrones a través de la fotosíntesis

La idea de la micro celda de energía fotosintética es extraer electrones producidos a través del proceso de fotosíntesis.

La fotosíntesis produce oxígeno y electrones. Nuestro modelo atrapa los electrones, lo que nos permite generar electricidad. Así que más que ser una tecnología de cero emisiones, es una tecnología de emisiones negativas de carbono: absorbe dióxido de carbono de la atmósfera y te da una corriente. Su único subproducto es agua.

Kirankumar Kuruvinashetti, PhD 20, ahora asociado postdoctoral de Mitacs en la Universidad de Calgary.

Generación de energía día y noche

La micro celda de energía fotosintética consta de una cámara de ánodo y una de cátodo separadas por una membrana de intercambio de protones en forma de panal. Los investigadores fabricaron microelectrodos en ambos lados de la membrana para recolectar las cargas liberadas por las algas durante la fotosíntesis. Cada cámara mide solo dos centímetros por dos centímetros por cuatro milímetros.

Las algas están suspendidas en una solución de dos mililitros en la cámara de ánodo, mientras que el cátodo se llena con ferricianuro de potasio, un tipo de aceptor de electrones. Una vez que las algas realizan la fotosíntesis y comienzan a liberar electrones, los electrones serán recolectados a través de los electrodos de la membrana y conducidos, creando una corriente.

Mientras tanto, los protones pasarán a través de la membrana hacia el cátodo y causarán oxidación, resultando en una reducción del ferrocianuro de potasio.

El proceso también funciona sin luz solar directa, aunque con menor intensidad, explica el candidato a doctorado y coautor del artículo Dhilippan Panneerselvam.

Al igual que los humanos, las algas están respirando constantemente, pero toman dióxido de carbono y liberan oxígeno. Debido a su maquinaria fotosintética, también liberan electrones durante la respiración. La generación de electricidad no se detiene. Los electrones se cosechan continuamente.

Dhilippan Panneerselvam

Ventajas y desafíos del sistema

Muthukumaran Packirisamy, profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica, Industrial y Aeroespacial y autor correspondiente del artículo, admite que el sistema aún no puede competir en generación de energía con otros como las celdas fotovoltaicas. El voltaje terminal máximo posible de una sola micro celda de energía fotosintética es de solo 1.0V.

Sin embargo, cree que, con suficiente investigación y desarrollo, incluida la integración asistida por inteligencia artificial, esta tecnología tiene el potencial de ser una fuente de energía viable, asequible y limpia en el futuro.

También ofrece ventajas significativas en la fabricación en comparación con otros sistemas, dice.

Nuestro sistema no utiliza ninguno de los gases peligrosos ni microfibras necesarias para la tecnología de fabricación de silicio en la que se basan las celdas fotovoltaicas. Además, desechar los chips de computadora de silicio no es fácil. Usamos polímeros biocompatibles, por lo que todo el sistema es fácilmente descomponible y muy barato de fabricar.

Muthukumaran Packirisamy

Vía www.concordia.ca