Por extraño que les parezca, los científicos ya están en las etapas iniciales del desarrollo de estos dispositivos, según un informe presentado en la 240 Reunión Nacional de la Sociedad Americana de Química (ACS).

“Nuestra investigación podría allanar el camino para convertir la electricidad de la atmósfera en una fuente de energía alternativa para el futuro”, dijo el líder del estudio, Fernando Galembeck. Su investigación puede ayudar a explicar un enigma científico de 200 años de edad, acerca de cómo se produce la electricidad y se descarga en la atmósfera. “Así como en la actualidad la energía solar puede liberar a algunos hogares del pago de las facturas de electricidad, esta prometedora fuente de energía nuevas podría tener un efecto similar”, sostuvo.

“Si sabemos cómo la electricidad se acumula y se extiende en la atmósfera, también puede prevenir la muerte y los daños causados por los relámpagos”, dijo Galembeck, señalando que un rayo causa miles de muertes y lesiones en todo el mundo y millones de dólares en daños a la propiedad.

La idea de aprovechar el poder de la electricidad de forma natural ha atormentado a los científicos durante siglos. El famoso inventor Nikola Tesla, por ejemplo, fue uno de los que soñaban con la captura y el uso de la electricidad desde el aire. La electricidad formada, por ejemplo, cuando el vapor de agua se acumula en las partículas microscópicas de polvo y otros materiales en el aire. Pero hasta ahora, los científicos carecían de un conocimiento adecuado sobre los procesos implicados en la formación y liberación de la electricidad a partir del agua en la atmósfera.

Los científicos de la  Universidad de Campinas en Sao Pablo, Brasil creian que las gotas de agua en la atmósfera, que se mantienen incluso después de entrar en contacto con las cargas eléctricas sobre las partículas de polvo y gotitas de líquidos, eran eléctricamente neutras. Pero la nueva evidencia del grupo sugiere que el agua en la atmósfera realmente posee una carga eléctrica.

Galembeck y sus colegas confirmaron esa idea, mediante experimentos de laboratorio que simulada el agua al ponerse en contacto con las partículas de polvo en el aire. Utilizaron pequeñas partículas de sílice y fosfato de aluminio, dos sustancias presentes en el aire común, y demostraron que la sílice se cargó negativamente en presencia de alta humedad y las fosfato de aluminio se cargaó positivamente. La alta humedad significa altos niveles de vapor de agua en el aire.

“Esta fue una clara evidencia de que el agua de la atmósfera se puede acumular cargas eléctricas y transferirlos a otros materiales cuando entran en contacto”, explicó Galembeck. “Estamos llamando a esta” higroelectricidad, cuyo significado sería como la electricidad de la humedad “.

En el futuro, agregó, puede ser posible desarrollar los colectores, similares a las células solares que recogen la luz del sol para producir electricidad, para capturar higroelectricidad enviarlos a los hogares y negocios. Así como las células solares funcionan mejor en zonas soleadas del mundo, paneles hygroelectrical funcionaría más eficientemente en áreas con alta humedad, como el noroeste y sureste Estados Unidos y las zonas trópicales húmedas.

El grupo de investigación ya se está tratando para identificar a los metales con mayor potencial para su uso en la captura de la electricidad atmosférica y la prevención de la caída de los relámpagos.

Referencia

http://portal.acs.org/portal/acs/corg/content?_nfpb=true&_pageLabel=PP_ARTICLEMAIN&node_id=222&content_id=CNBP_025407&use_sec=true&sec_url_var=region1&__uuid=b648e728-f4d2-4067-af9d-0f1974517f87

Cada célula sintéticas construidas por el NIST por el ingeniero David Lavan y sus colegas tiene una gota de una solución acuosa salina (cloruro de potasio) encerrado en una pared hecha de un lípido, una molécula con un extremo que es atraído por las moléculas de agua, mientras que el otro extremo las repele. Cuando dos de estas “células” entran en contacto, el agua de los lípidos repele los extremos exteriores que forman su tacto creando una doble capa estable que separa a los interiores de las dos células “, como las membranas celulares reales lo hacen.

Hasta aquí nada interesante pero si se modifica la bicapa al insertarle la proteína alfa-hemolisina de la bacteria Staphylococcus aureus. Estas proteínas en la bacteria crean poros que actúan como canales de iones, imitando los poros de una célula biológica. “Esta preferencia permite que los iones positivos o negativos pasen a través de la bicapa y crea un voltaje a través de ella”, dice LaVan. “Podemos aprovechar este voltaje para generar una corriente eléctrica.”

Si las soluciones en las dos células comienzan con diferentes concentraciones de sal, y luego introducimos los electrodos de metal fino en las gotas de agua se crea una pequeña batería: los electrones fluyen a través de un circuito conectado a los electrodos, contrarrestando el flujo de iones a través de los canales. Cuando esto sucede, las concentraciones de iones en las gotitas  se equilibren cuando el sistema descarga su potencial eléctrico.

Una pequeña batería con dos gotas, cada uno con sólo 200 nanolitros de solución, podría suministrar electricidad durante casi 10 minutos. Un sistema más grande, con un volumen total de casi 11 microlitros, puede durar más de cuatro horas. En términos de la energía que puede entregar para un volumen dado, la batería biológica es sólo una vigésima parte eficaz que una batería de plomo-ácido convencional. Pero en su capacidad de convertir la energía química en  eléctrica, la célula sintética tiene una eficiencia de alrededor del 10 por ciento, lo que se compara bien con dispositivos de estado sólido que generan electricidad a partir de fuentes de calor, luz o estrés mecánico – para que las células sintéticas podrían algún día, tome su lugar en la caja de herramientas de la nanotecnología.

Referencia

Xu et al. Synthetic Protocells to Mimic and Test Cell Function. Advanced Materials, 2009; DOI: 10.1002/adma.200901945

Este nuevo estudio muestra que la producción puede aumentarse y nos da buenas ideas sobre lo que se necesita para seleccionar genéticamente un organismo de mayor poder.” El trabajo, con el apoyo de la Oficina de Investigación Naval de los EE.UU. y del Departamento de Energía, se describe en el mes de agosto de la revista, Biosensores y Bioelectrónica, disponible en línea.
“En muy poco tiempo hemos aumentado la potencia de salida ocho veces, como una estimación conservadora”, dice Lovley. “Con esto, hemos roto a través de la meseta en la producción de energía que ha estado con nosotros en la celebración de los últimos años.” Ahora, la planificación es poder avanzar en el diseño de las pilas de combustible microbiano capaz de convertir las aguas residuales y la biomasa renovable en electricidad.

Los pilis de Geobacter son extremadamente finos, tan sólo 3 a 5 nanómetros de diámetro, o aproximadamente 20.000 veces más finos que un cabello humano, y más de mil veces más de lo que son de ancho. Sin embargo, son fuertes. Nanocables apodado por su papel en el movimiento de los electrones, los pilis son el secreto de este microbio para la capacidad de producir corriente eléctrica a partir de residuos orgánicos y sedimentos. Dicha estructura en Geobacter parece fundamental para la formación de la biopelícula que las ayudas de la transferencia electrónica de productos de hierro en el suelo y los sedimentos. En la naturaleza, las colonias de bacterias que forman biopelículas pegajosas a la barra a una superficie, como un diente o una roca submarina, proporcionando un entorno de vida cerca de una fuente de alimento.

La biopelícula de Geobacter biofilm permite la transferencia”fortuita”  de competencias, producto de la selección natural. Esto sugirió un camino para Lovley-una forma en que podría utilizar la presión selectiva para aumentar su capacidad para producir energía. Él y sus colegas Geobacter crecieron como de costumbre en una de electrodos de grafito, como el acetato para proporcionar alimentos y permitir que una colonia de la forma de biopelícula donde tiene lugar la transferencia de los electrones a través de los nanocables. “Estoy muy contento con este resultado”, señala el microbiólogo. “Es excepcionalmente rápido comentarios para nosotros y un resultado muy satisfactorio”. Y añade: “Todavía estoy un poco sorprendido de que hacer de la electricidad, pero estoy feliz de estar estudiando la manera de aprovechar esa capacidad. Estoy seguro que habrá aplicaciones desarrolladas en el futuro que ni siquiera podemos imaginar ahora “.

Referencias

Selection of a variant of Geobacter sulfurreducens with enhanced capacity for current production in microbial fuel cells
Biosensors and Bioelectronics, Volume 24, Issue 12, 15 August 2009, Pages 3498-3503
Hana Yi, Kelly P. Nevin, Byoung-Chan Kim, Ashely E. Franks, Anna Klimes, Leonard M. Tender, Derek R. Lovley