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Una inmensamente poderosa fuerza aún invisible hace que el agua de la tierra llegue a la parte superior de la secuoya más alta y distribuye nieve a las cimas del Himalaya. Sin embargo, a pesar del poder de la evaporación del agua, su potencial para impulsar dispositivos autosuficientes o producir electricidad ha permanecido en gran medida sin explotar hasta ahora.
Científicos de la Universidad de Columbia, en Nueva York, Estados Unidos, informan del desarrollo de dos nuevos dispositivos que extraen energía directamente de la evaporación de agua: un motor de pistón movible que genera electricidad haciendo que una luz parpadee y un motor rotatorio que impulsa un coche en miniatura, como se informa en un artículo que se publica este martes en la edición digital de ‘Nature Communications’.
Los investigadores predicen que algún día la evaporación de agua podría producir electricidad a partir de gigantes generadores de energía movibles ubicados en bahías o embalses o de enormes máquinas rotatorias similares a las turbinas eólicas que se colocan encima de la superficie, augura el autor principal del trabajo, Ozgur Sahin, profesor asociado de Ciencias Biológicas y de la Física en la Universidad de Columbia.
«La evaporación es una fuerza fundamental de la naturaleza -señala Sahin-. Está en todas partes y es más potente que otras fuerzas como el viento y las olas». El año pasado, Sahin encontró que cuando las esporas bacterianas se encogen y se hinchan con el cambio de humedad, pueden empujar y tirar de otros objetos con fuerza.
Estas esporas llevan más energía, en proporción, que otros materiales utilizados en ingeniería para mover objetos, según un artículo publicado en ‘Nature Nanotechnology’, que se basa en el trabajo que Sahin había comenzado cuando estaba en el Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente en la Universidad de Harvard. Basándose en los resultados del año pasado, Sahin y sus colegas de Columbia buscaron cómo construir dispositivos reales que podrían ser impulsados por este tipo de energía.
Para construir un motor de pistón movible, los investigadores primero pegaron esporas a ambos lados de una cinta de plástico delgada de doble cara, 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 forma que los huecos de una cara quedaran cubiertos con trazos de esporas por la otra.
Cuando el aire seco contrajo las esporas, la cubierta de esporas se curvó, transformando la cinta recta en ondulada y acortándola. Si uno de los extremos de la cinta o ambos se quedan anclados, la cinta tira de lo que esté anclada. A la inversa, cuando el aire es húmedo, la cinta se extiende, liberando la fuerza. El resultado es un nuevo tipo de músculo artificial que es controlado por el cambio de la humedad.
Entonces, Sahin y Xi Chen, un investigador postdoctoral en su laboratorio, 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 hizo que el aire fuera húmedo y la humedad provocó el alargamiento del músculo y la apertura de las persianas, haciendo que el aire se secara. Cuando la humedad se fue, las esporas se encogieron y las cintas se contrajeron, tirando de las persianas cerradas y permitiendo que la humedad se generara de nuevo.
Así, se creó un ciclo de movimiento auto-sostenible. «Cuando pusimos agua debajo del dispositivo, de repente volvió a la vida, se movió por sí mismo», celebra Chen. Los músculos artificiales cubiertos de esporas funcionan como un pistón impulsado por evaporación. Acoplando el pistón a un generador, produjo suficiente electricidad para hacer que una pequeña luz parpadeara.
«Convertimos la evaporación de una piscina de agua en luz», resume Sahin. Con su generación de energía eléctrica, el motor de movimiento por evaporación podría suministrar pequeñas luces o sensores en el fondo del océano para vigilar el medio ambiente flotante, sugiere Chen, especulando que una versión mejorada con cinta de plástico más pegajosa y más esporas potencialmente podría generar aún más energía por unidad de área que un parque eólico.
Otro nuevo motor impulsado por evaporación del equipo de Columbia -un ‘Molino de Humedad’- contiene 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 las lengüetas están rectas. Como resultado, la rueda gira continuamente, actuando efectivamente como un motor rotativo.
Los investigadores luego construyeron un coche de juguete pequeño, 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. En el futuro, según Sahin, puede ser posible diseñar motores que empleen la energía mecánica almacenada en esporas para propulsar un vehículo de tamaño natural. Dicho motor, si se logra, no necesitaría quemar combustible ni una batería eléctrica.
Una versión más grande de este molino también podría producir electricidad, dice Sahin, como una rueda que por encima de un gran cuerpo de agua y en donde se evapore agua salada, haciendo que la rueda gire y genere electricidad. Este sistema produciría constantemente tanta electricidad como una turbina eólica, augura Sahin.
