Científicos de la Universidad Northwestern ha creado una pila de combustible de bolsillo que recolecta la energía creada por los microbios del suelo, tanto húmedo como seco, con un rendimiento récord.
Esta tecnología, totalmente alimentada por el suelo y del tamaño aproximado de un libro de bolsillo, podría alimentar sensores subterráneos utilizados en agricultura de precisión e infraestructuras verdes.
También podría ser una alternativa sostenible a las baterías, que contienen sustancias químicas tóxicas e inflamables que tienen efectos negativos en el medio ambiente y contribuyen a la basura electrónica.
Los investigadores probaron una nueva pila de combustible utilizándola para alimentar sensores que medían la humedad del suelo y detectaban el tacto, una capacidad que podría ser valiosa para rastrear animales de paso. Además, equiparon el sensor con una antena diminuta que permitía la comunicación inalámbrica y la transmisión de datos a una estación base cercana reflejando las señales de radiofrecuencia existentes. La pila de combustible funcionaba tanto en seco como en mojado y su potencia superaba en un 120% la de tecnologías similares.
El número de dispositivos de la Internet de las Cosas (IoT) crece constantemente. Si imaginamos un futuro con billones de estos dispositivos, no podemos construir cada uno de ellos con litio, metales pesados y toxinas peligrosas para el medio ambiente. Tenemos que encontrar alternativas que puedan proporcionar cantidades bajas de energía para alimentar una red descentralizada de dispositivos». En busca de soluciones, nos fijamos en las pilas de combustible microbianas del suelo, que utilizan microbios especiales para descomponer el suelo y utilizar esa baja cantidad de energía para alimentar sensores. Mientras haya carbono orgánico en el suelo para que los microbios lo descompongan, la pila de combustible puede durar para siempre.
Estos microbios son omnipresentes; ya viven en el suelo en todas partes», afirma George Wells, de Northwestern y autor principal del estudio. «Podemos utilizar sistemas de ingeniería muy sencillos para captar su electricidad. No vamos a alimentar ciudades enteras con esta energía. Pero podemos capturar cantidades ínfimas de energía para alimentar aplicaciones prácticas de baja potencia.
Bill Yen, ex alumno de Northwestern que dirigió el trabajo.
En los últimos años, los agricultores han adoptado la agricultura de precisión para mejorar el rendimiento de sus cosechas. Este enfoque se basa en medir con precisión los niveles de humedad, nutrientes y contaminantes del suelo para tomar decisiones informadas que puedan mejorar la salud de los cultivos. Sin embargo, esto requiere una red amplia y dispersa de dispositivos electrónicos que puedan recoger continuamente datos medioambientales.
Si queremos colocar un sensor en la naturaleza, en una granja o en un humedal, estamos limitados a ponerle una batería o a aprovechar la energía solar. Los paneles solares no funcionan bien en entornos sucios porque se cubren de suciedad, no funcionan cuando no hay sol y ocupan mucho espacio. Las baterías también son un problema porque se agotan. Los agricultores no van a recorrer una granja de 100 acres para cambiar regularmente las baterías o desempolvar los paneles solares.
Bill Yen
Para superar este reto, investigadores como Wells, Yen y sus colaboradores han estado explorando la posibilidad de cosechar energía del entorno existente. Yen explicó que potencialmente podrían cosechar energía del suelo que los agricultores ya están controlando.
Yen y su equipo se embarcaron en un viaje de dos años para desarrollar una MFC práctica y fiable basada en el suelo. Crearon y compararon cuatro versiones diferentes, recopilaron nueve meses de datos sobre el rendimiento de cada diseño y, por último, probaron el prototipo con mejor rendimiento en un jardín exterior. El secreto de su éxito fue su geometría, que difería del diseño tradicional. En lugar de un ánodo y un cátodo paralelos, la pila de combustible ganadora utilizaba un diseño perpendicular, con el ánodo hecho de fieltro de carbono y el cátodo de un metal conductor inerte. Este diseño funcionó bien tanto en entornos secos como encharcados.
El dispositivo tiene un diseño vertical para garantizar que el extremo superior quede a ras de la superficie del suelo. Este dispositivo tiene una tapa impresa en 3D en la parte superior para evitar que caigan residuos en su interior y un orificio en la parte superior para permitir un flujo de aire constante.
El extremo inferior del cátodo permanece bajo la superficie para mantenerse hidratado gracias a la humedad del suelo circundante, y está recubierto de un material impermeabilizante que le permite respirar durante una inundación. El dispositivo genera 68 veces más energía de la necesaria para hacer funcionar sus sensores y puede soportar grandes cambios en la humedad del suelo.
Según los investigadores, todos los componentes de su MFC de suelo pueden adquirirse en una ferretería local. A continuación, tienen previsto desarrollar una MFC basada en el suelo y fabricada con materiales totalmente biodegradables. Ambos diseños evitan las complicadas cadenas de suministro y los minerales conflictivos.
Pilas de combustible microbianas, ¿qué son?
La tecnología en sí no es nada nuevo. Las “Microbial Fuel Cell – MFC” o pilas de combustible microbianas nacieron en los años 1930, atrayendo mucho interés científico a partir de los años 1980. ¿De qué se trata? De dispositivos bioelectroquímicos que generan corriente aprovechando los electrones producidos por la oxidación bacteriana de la materia orgánica. De las aguas residuales a la tierra.
Vía northwestern.edu
Francisco dice
Sisi saquen la tec modern.