Tras el sueño de Tesla de generar electricidad a partir del aire

En el marco de una UE inmersa en alcanzar la meta de ser climáticamente neutra antes de mediados de siglo, un equipo formado por una madre y su hijo está ayudando a dar respuesta a un posible obstáculo: el limitado número de fuentes de energía renovable que posibilitarán que la UE pueda abandonar los combustibles fósiles. Andriy Lyubchyk es uno de los socios del proyecto CATCHER, que está dirigido a diversificar las fuentes de energía limpia perfeccionando un nuevo proceso que está logrando convertir la humedad atmosférica en electricidad.

La técnica consiste en recoger las diminutas cargas de electricidad estática contenidas en las ubicuas moléculas de vapor de agua de la atmósfera. A este proceso se lo conoce como higroelectricidad o electricidad de la humedad.

“Con esta nueva fuente de energía renovable, creemos que podremos aumentar radicalmente la eficiencia y las posibilidades de la transición a las energías limpias”, declara Lyubchyk, director general de la start-up portuguesa Cascatachuva Lda e ingeniero químico en la Universidad Lusófona de Humanidades y Tecnologías de Lisboa, Portugal.

Un antiguo sueño

A principios del siglo XX, el inventor serbioamericano Nikola Tesla soñaba con producir energía a partir del aire y llegó a realizar una serie de experimentos para capturar las cargas eléctricas de la atmósfera y transformarlas en corriente eléctrica.

Desde la época de Tesla, la comunidad científica ha profundizado sus conocimientos sobre cómo la electricidad se forma y se libera a la atmósfera, y se ha llegado a descubrir que el vapor de agua puede transportar cargas eléctricas. Tal conocimiento técnico podría dar un nuevo impulso a la UE, que obtiene alrededor de un 22% de su energía a partir de fuentes renovables. En estos momentos está en proceso de confirmación que el objetivo fijado para finales de la presente década con respecto al uso de dichas fuentes, incluida también la higroelectricidad, se aumente hasta el 45 %. No obstante, para que Europa pueda ser neutra en términos climáticos antes de 2050, las renovables tendrán de adquirir un protagonismo aún mayor y, a este respecto, la higroelectricidad ampliaría las opciones alternativas al petróleo, el gas natural y el carbón con las que cuenta la UE.

CATCHER, financiado por el programa Explorador del Consejo Europeo de Innovación, reúne a ocho socios de seis países europeos para explorar esta posibilidad. La idea general del proyecto puede que sea la misma que la de Tesla, pero la tecnología utilizada por CATCHER es muy distinta. Para capturar energía de la humedad atmosférica, el proyecto se sirve de unas células similares a las de los paneles solares, que están hechas de óxido de circonio, un material cristalino duro. El óxido de circonio es un material cerámico comúnmente utilizado en implantes dentales, en sofisticados materiales vítreos, en electrónica y en revestimientos para varillas de combustible nuclear. Según Svitlana Lyubchik, coordinadora de CATCHER y madre de Andriy, hace siete años, un grupo de investigación empezó a observar evidencia de higroelectricidad al explorar las propiedades de nanomateriales hechos de óxido de circonio. Svitlana Lyubchik es también ingeniera química en la Universidad Lusófona. Junto con su hijo, ha emprendido varias iniciativas para intentar explotar este potencial.

En estos momentos, en la investigación se ha llegado al punto en el que se ha logrado generar, mediante una placa de su material de ocho por cinco centímetros, unos 0,9 voltios de electricidad en un laboratorio con una humedad de aproximadamente el 50%. Esta cantidad de energía es comparable a la potencia de salida de media pila AA.

La investigación ha logrado generar mediante una placa de ocho por cinco centímetros la potencia de salida de media pila AA

El equipo, que busca ahora aumentar la eficiencia de su material higroeléctrico, espera que las células, una vez perfeccionadas, puedan obtener la misma cantidad de electricidad que unas células fotovoltaicas del mismo tamaño. Además, creen que podrán emplearse de manera similar a los paneles solares: en parques fotovoltaicos de gran escala o como fuente de energía de uso individual en edificios.

Las células se crean mediante la producción de diminutas y uniformes nanopartículas hechas de óxido de circonio. Estas partículas se comprimen después en una hoja de material de estructura similar, que incluye una serie de canales o capilares.

Según Andriy Lyubchyk, la nanoestructura genera campos eléctricos en el interior de los capilares que separan la carga de las moléculas de agua absorbidas de la atmósfera. El resultado es una cascada de procesos fisicoquímicos, físicos y electrofísicos que capturan la energía eléctrica. Existe un aspecto en el que esta nueva tecnología comporta una ventaja frente a la energía solar y eólica. Mientras que los paneles y las turbinas han de instalarse en determinados puntos con luz solar y viento, las células de higroelectricidad pueden colocarse en cualquier lugar, ya que existe poca variación en los niveles de humedad de una misma zona.

Eso sí, no son necesariamente una opción viable en todos los lugares, puesto que sí requieren de unos niveles mínimos de humedad para funcionar. “Por ejemplo, si la temperatura exterior es de menos 15 grados, todo estará congelado y no habrá agua en el aire”, afirma Andriy Lyubchyk.

Calefacción y refrigeración

Andriy Lyubchyk también coordina junto con su madre el proyecto SSHARE, financiado por la UE, en el que se estudia una posible aplicación real de las células de higroelectricidad en un sistema de calefacción y refrigeración. “Combinando las dos tecnologías el sistema se vuelve autosuficiente”, expresa Andriy Lyubchyk. El sistema de calefacción y refrigeración funciona a partir de un sofisticado panel radiante que se puede instalar en el techo de una habitación.

Por encima del panel, unas tuberías perforadas conducen y le suministran agua fría o caliente, en función de si se quiere enfriar o calentar la habitación. Después, el panel irradia el calor a la habitación (o lo absorbe de esta) mediante la humedad atmosférica, de una forma similar a cómo la piel libera calor a través del sudor.

Se espera que el sistema pueda alimentar las bombas que hacen circular el agua con la higroelectricidad que se genera mediante vapor de agua que entra y sale del panel. Según el equipo de investigación, este sistema de calefacción autosuficiente subraya cómo la higroelectricidad puede impulsar la transición hacia una energía con cero emisiones netas. “Podemos contribuir a la política de la UE en materia de independencia energética”, subraya Svitlana Lyubchik.

La investigación descrita en este artículo ha sido financiada con fondos de la UE. Artículo publicado originalmente en Horizon, la Revista de Investigación e Innovación de la Unión Europea.

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