La evaporación de agua como fuente de energía renovable

Autor: José L.G. Fierro, Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, CSIC

Científicos de la Universidad de Columbia han diseñado y fabricado dos tipos de dispositivos que extraen energía directamente de la evaporación de agua. Sobre la base de estos logros llegan a predecir que algún día la evaporación de agua pueda producir electricidad a partir de gigantes generadores de energía móviles instalados en bahías o embalses.

En una contribución reciente a la revista Nature Communications [1], científicos del Departamento de Biología y Física de la Universidad de Columbia (Estados Unidos) reportan el diseño y fabricación de dos dispositivos que extraen energía directamente de la evaporación de agua. Básicamente se trata de un motor de pistón movible que genera electricidad haciendo que una luz parpadee y un motor rotatorio que impulsa un coche en miniatura.

Estos científicos predicen que algún día la evaporación de agua podría producir electricidad a partir de gigantes generadores de energía móviles instalados en bahías o embalses. En uno de los dispositivos construidos que consiste en un motor de pistón movible, los investigadores primero pegaron esporas a ambos lados de una cinta de plástico delgada, similar a la de las cintas de cassettes, creando una línea de trazos de esporas. Hicieron lo mismo en el lado opuesto de la cinta, pero compensándola de tal manera que los huecos de una cara quedaran cubiertos con trazos de esporas por la otra. La exposición de la cinta a aire seco contrae las esporas, curvando la cubierta de esporas y así transformando la cinta recta en ondulada y acortándola. Si uno de los extremos de la cinta o ambos están anclados sobe puntos fijos, ésta tira de los puntos de anclaje. Por el contrario, si el aire es húmedo, la cinta se extiende y libera la fuerza. El resultado es un nuevo tipo de músculo artificial que funciona solo con cambios de la humedad ambiental.

Además, colocaron decenas de estas cintas una al lado de la otra, creando un músculo artificial más fuerte que luego pusieron dentro de una caja de plástico flotante rematada con persianas. Dentro de la caja, el agua evaporada hace que el aire sea húmedo de manera que la humedad provoca el alargamiento del músculo y la apertura de las persianas, haciendo que el aire se seque. Cuando la humedad disminuye, las esporas se contraen y por consiguiente las cintas lo que hace que tiren de las persianas cerradas y permitiendo que la humedad se recupere de nuevo.  Estos músculos artificiales cubiertos de esporas funcionan como un pistón impulsado por evaporación. Acoplando el pistón a un minigenerador se produce electricidad suficiente para hacer que una pequeña luz parpadee.

Otro dispositivo diseñado por el equipo de la Universidad de Columbia, denominado “molino de humedad” (Figura 1) consiste en una rueda de plástico con pestañas que sobresalen de la cinta, recubiertas por un lado con las esporas. La mitad de la rueda se encuentra en el aire seco, haciendo que las pestañas se curven, y la otra mitad se encuentra en ambiente húmedo, donde estas pestañas están rectas. Como resultado, la rueda gira continuamente, actuando efectivamente como un motor rotativo. Basados en este diseño conceptual, los investigadores construyeron un coche de juguete, accionando con este molino movido por la humedad y tuvieron éxito a la hora de conseguir que el coche rodara por su cuenta, impulsado únicamente por la evaporación de agua. Como extensión de esta idea, es posible que en el futuro se puedan diseñar y construir motores que empleen la energía mecánica almacenada en esporas para propulsar un vehículo de tamaño natural. Dicho motor, si se lograra, no necesitaría quemar un combustible ni utilizar la energía eléctrica de una batería.

 

 Figura 1.(a) vista lateral del motor rotatorio. El papel seco proporciona el gradiente de humedad. Los bloques de plástico azul (peso 15 mg) fijados a HYDRAs incrementan la cantidad de peso que desplaza su posición relativa al eje de rotación. (b) fotografías y (c) medidas mostrando el desplazamiento horizontal en las posiciones de los bloques de plástico fijados a HYDRAs. En el gráfico se muestran los valores promedios con barras de error mostrando la desviación estándar calculadas de medidas sobre cinco muestras. (d) Velocidad de rotación medida en función de la humedad relativa a dos velocidades de flujo de aire en la proximidad del dispositivo. El sistema rotatorio puede llevar el vehículo hacia atrás si su rotación se acopla a unas ruedecillas. (e) Esquema mostrando la posición de un coche en miniatura accionado por un dispositivo rotatorio.

[1] X. Chen, D. Goodnight, Z. Gao, A.H. Cavusoglu, N. Sabharwal, M. DeLay, A. Driks and O. Sahin,”Scaling up nanoscale water-driven energy conversion into evaporation-driven engines and generators”, Journal name: Nature Communications Volume: 6, 7346 Year published: (2015); DOI:doi:10.1038/ncomms8346.


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