Cibercultura
Las Pilas del Futuro
El mundo ya no es el mismo, y sus requerimientos energéticos tampoco. Las viejas pilas que todos conocemos son venenos para el planeta y, para colmo, ineficientes. Pero la generación de recambio podría estar a la vuelta de la esquina, con generadores y almacenadores de electricidad sólo vistos -hasta ahora- en las obras de ciencia ficción.
Celulares, reproductores MP3, PDAs, relojes, marcapasos y un sinfin de aparatos de uso diario necesitan algo básico para funcionar: energía. Y como la mayoría de estos son móviles, no podemos enchufarlos a la toma de corriente y pasear por todas partes con alargadores kilométricos. Para eso se inventaron las pilas.
Sin embargo, la cantidad de energía que necesitamos en el mundo de hoy es tal, que las viejas baterías se han convertido más en un problema que en una solución: duran poco, son ineficientes y dañan el medioambiente.
Pero la cosa puede cambiar gracias a la investigación de privados y universidades. Se vienen las pilas de nueva generación, algunas con más características de generadores que de simples acumuladores.
Demos un paseo por las tecnologías de punta y las investigaciones que llevarán nuevas formas de energía a nuestros equipos de bolsillo.
La promesa del hidrógeno
Una celda de combustible (fuel cell) funciona como una batería, pero no se agota ni debe ser recargada. Sólo necesita combustible. En ese sentido es un generador como una termoeléctrica. Una buena idea, siempre y cuando puedan conseguir el hidrógeno que necesitan para funcionar. ¿Y cuál es el problema? Que el hidrógeno, aún cuando es un elemento altamente apreciado en la generación de energía limpia -porque es un elemento inacabable y no contaminante- es dificil de obtener y los procesos para conseguirlo (usando gas o electrólisis) son contaminantes o poco eficientes.
En los norteamericanos Centro de Biotecnología Ambiental (CEB) y Oak Ridge National Laboratory (ORNL), se pudo obtener hidrógeno al intervenir en el proceso de fotosíntesis de las plantas. Dentro de la planta la fotosíntesis resulta de dos fotosistemas (PSI y PSII) y aquí es donde intervienen los científicos al separar estos dos sub procesos y redireccionar al primero para obtener el hidrógeno.
Aún la técnica está en perfeccionamiento, pues tuvieron que alterar el proceso con átomos provenientes de otros elementos químicos como el platino. Pero se espera que más adelante se pueda realizar esta tarea con componentes propios de la planta, dejando sólo agua como residuo del proceso.
Pasos similares se están siguiendo con algas marinas y con papel reciclado. En este último caso la idea es trasformar el papel en glucosa y luego su subproducto (ácido glucoso) en hidrógeno. Más información en el sitio de Oak Ridge National Laboratory.
Las biobaterías
Otra forma biológica de conseguir hidrógeno para las celdas de combustibles son las enzimas. Estas son moléculas de proteínas con la capacidad de facilitar y acelerar las reacciones químicas que tienen lugar en los tejidos vivos.
La compañía Energy Related Devices está usándolas para separar la composición del ethanol. Las enzima-pilas funcionan como celdas de combustibles en las que las estas moléculas separan el hidrógeno del ethanol.
Se estima que es una alternativa mucho más barata que las celdas de combustibles normales pues no necesitan compuestos caros y difíciles de producir para su reacción química. "Las enzimas son baratas y son catalizadores muy activos", dice Bob Hockaday, de Energy Related Devices.
En todo caso hay un problema, ya que son muy sensibles a los cambios en el pH (alcalinidad del medio en que se encuentran) y temperatura. La clave para el éxito de este desarrollo es un nuevo polímero que proteja a las enzimas de estas variaciones, permitiendo que duren más que unos cuantos días.
Actualmente los investigadores tienen una colonia de enzimas trabajando en un vaso de vodka. Y lo más importante: el alcohol no las afecta.
Más baterías vivientes
Bacterias energéticas
Una célula combustible microbiana es la creación de la Universidad de Massachusetts-Amherst. Este nuevo bicho actúa como un generador al consumir partículas de azucares simples (glucosa, fructosa, la sacarosa y xilosa) y producir electrones como subproducto. Esto, cuando se encontraba sobre un electrodo de grafito.
La bacteria es la "Rhodoferax ferrireducens", que no consume oxígeno sino hierro para su respiración. Estas bacterias anaeróbicas fueron descubiertas en el fondo del mar a orillas de volcanes submarinos y llevadas al laboratorio para probar su uso en el campo de la energía bioeléctrica.
El experimento en que se logró sacar una corriente eléctrica de estos organismos se llevó a cabo dentro de un frasco de vidrio cerrado con una colonia de bacterias y una solución azucarada. La energía recuperada fue producida por un 83 por ciento de los microbios, y sirvió para encender una luz de árbol de navidad y una calculadora.
Ya se está pensando en modificar genéticamente a las bacterias para aumentar su productividad y trasformarlas en las pilas del futuro. Se planea usarlas en antenas ubicadas en lugares remotos y que necesitan energía permanente, además de la instalación de generadores en zonas de aguas servidas (medio ideal para la reproducción de las bacterias), depósitos de basura o en los estercoleros de granjas para hacer pequeñas plantas independientes.
Aprovechando el calor humano
La idea de baterías vivientes de la película Matrix no estaba muy alejada de la realidad. En la actualidad existe un dispositivo de apenas un centímetro cuadrado hecho de cerámica que permite transformar el calor humano en energía eléctrica. Pero a diferencia del mundo de Neo, sólo puede alimentar equipos que se encuentren dentro del cuerpo o en contacto directo con él.
El producto, que aún no tiene nombre, fue diseñado y construido por la empresa Apllied Digital Solutions. Por su naturaleza puede entregar electricidad en forma continuada las 24 horas, todos los días. Esta batería futurista no tiene partes móviles ni elementos químicos en su interior.
¿Cuánta energía genera? Algo similar a las pilas comunes: 1.5 volts. Actualmente sólo puede entregar 10 microamperes, sólo suficiente para equipos médicos, pero el equipo que lo desarrolló ya está trabajando en un prototipo de 3 volts.
Baterías de glucosa
Ya mencionamos baterías que funcionan con el calor corporal, pero existen otros desarrollos que trabajan directamente con los fluidos del cuerpo. En cierta forma lo imitan, pues utilizan la misma fuente de energía que nosotros: la glucosa.
Químicos de Estados Unidos han desarrollado una batería en miniatura para hacer funcionar dispositivos médicos insertos dentro del cuerpo. Éste aparato convierte en electricidad la energía producida cuando la glucosa reacciona con el oxígeno, en un proceso que ocurre normalmente en nuestro metabolismo. Se piensa que podría injertarse bajo la piel o en la espina dorsal.
El dispositivo funciona dentro del rango normal de temperatura y alcalinidad del cuerpo humano (37º y un pH de 7.2) para producir 1.9 microwatts. El problema es que no tiene la fuerza suficiente para abastecer de energía, por ejemplo, a un marcapasos, por lo que deberá usarse con aparatos de menor exigencia energética.
Nuevos materiales
Pilas de papel
Las baterías de papel producen energía como las actuales pilas alcalinas: dos electrodos separan un electrolito (un compuesto químico que genera iones negativos). Al conectar los dos termianles de la batería se completa el circuito permitiendo que la electricidad fluya.
Los químicos usados en las baterías de papel son una combinación de zinc y dióxido de manganeso. Hasta aquí, todo normal, pues es la misma combinación que se usa en las pilas normales. Pero según Baruch Levanon, presidente ejecutivo y co fundador de Power Paper Ltd., es la forma en que se combinan estos elementos lo que hace únicas a las baterías de papel.
El resultado es una pasta semejante a la tinta, que a diferencia de las pilas tradicionales, no utiliza metales pesados. O sea, es segura para el medioambiente.
Otra ventaja es que es flexible, por lo que se pueden imprimir pilas en prensas normales. El resultado es del grosor de medio milímetro, y generan 1.5 volts. Su desventaja: la duración depende del tamaño del papel.
Baterías de plástico
En realidad, de polímeros. En el Laboratorio de Electroquímica de la Facultad de Químicas de la Universidad del País Vasco se trabaja desde hace varios años en polímeros conductores. Estos materiales, que son plásticos que conducen la electricidad, presentan características ideales para el almacenamiento de energía.
El poliporrol (un tipo de plástico conductor) puede almacenar cargas eléctricas positivas gracias a su oxidación reversible. Otros polímeros, como el politiofeno, pueden ser reducidos almacenando radical aniones y dianiones. El descubrimiento de que el polióxido de etileno disolvía, en estado fundido, al LiClO4 , y de que se podían obtener láminas sólidas y transparentes desde esta disolución, con una elevada conductividad iónica, cierra el círculo para una batería totalmente polimérica y en estado sólido: ánodo, cátodo y electrólito.
Recargable en 30 segundos
NEC viene experimentando hace rato con una "batería orgánica radical". Es un nuevo tipo de pila de Litio que es amistosa con el medioambiente, provee de bastante energía y es recargable... en 30 segundos.
Esta pequeña maravilla no utiliza óxidos metálicos, sino que moléculas poliradicales. Su invención surgió como modificaciones en el proceso de fabricación de pila de Litio-ion.
Tiene una capacidad de 3.53 volts en promedio y, como si fuera poco, ofrece una carga que dura 80 horas. Otra ventaja es que puede entregar toda su energía rápidamente, lo que la hace ideal para aplicaciones que requieren mucha electricidad para funcionar.
Comentarios: