Aprovechar el ciclo del agua y generar electricidad a partir de los días lluviosos podría ser una forma de aumentar nuestro uso de energía renovable. Sin embargo, la energía cinética de baja frecuencia contenida las gotas de lluvia no se convierten eficientemente en energía eléctrica debido a las limitaciones de la tecnología actual.
Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) ha desarrollado recientemente un generador de electricidad a base de gotas (DEG), presentado con una estructura similar a un transistor de efecto de campo (FET) que permite una alta eficiencia de conversión de energía y la densidad de potencia instantánea aumentó miles de veces en comparación con sus contrapartes sin estructura tipo FET. Esto ayudaría a avanzar en la investigación científica de la generación de energía del agua y abordar la crisis energética.
Esta investigación está dirigida por el profesor Wang Zuankai del Departamento de Ingeniería Mecánica de CityU, el profesor Zeng Xiao Cheng de la Universidad de Nebraska-Lincoln y el profesor Wang Zhong Lin, director fundador y científico jefe del Instituto de Nanoenergía y Nanosistemas de la Academia China de Ciencias de Beijing. Sus hallazgos fueron publicados en el último número de la revista Nature.
"Nuestra investigación muestra que una gota de 100 microlitros de agua liberada desde una altura de 15 centímetros [5,9 pulgadas] puede generar un voltaje de más de 140V, y la energía generada puede encender 100 pequeñas luces LED", dice el ingeniero biomédico Wang Zuankai de Universidad de la ciudad de Hong Kong (CityU).
Una de las mejoras que el equipo incorporó a su generador de electricidad a base de gotas (DEG) fue el uso de una película de politetrafluoroetileno o PTFE, que es capaz de acumular una carga superficial a medida que es golpeada continuamente por las gotas de agua, hasta que gradualmente alcanza la saturación.
El equipo descubrió que a medida que las gotas de agua golpean la superficie y se extienden, las gotas actúan como un "puente" que conecta dos electrodos: un electrodo de aluminio y un electrodo de óxido de indio y estaño (ITO) (con el PTFE en la parte superior).
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| Crédito de la foto: City University of Hong Kong / Nature Fig a es el diagrama esquemático del generador de electricidad basado en gotas (DEG). La figura b es la imagen óptica que muestra cuatro dispositivos DEG paralelos fabricados en el sustrato de vidrio. |
El puente de gotas a su vez crea una superficie de circuito cerrado para que se pueda liberar toda la energía recolectada: las gotas actúan como resistencias y el recubrimiento de la superficie actúa como un condensador.
Los investigadores dicen que este enfoque podría en un futuro aplicarse en cualquier lugar donde el agua golpee una superficie sólida: el casco de un barco, el interior de una botella de agua o la parte superior de un paraguas.
Sin embargo, aún queda mucho trabajo por hacer para prepararlo para su uso práctico, y los investigadores esperan tener un prototipo listo en los próximos cinco años.
El equipo espera facilitar la sostenibilidad del mundo, cosechando energía del agua para responder al problema global de escasez de energía renovable. "Generar energía a partir de las gotas de lluvia en lugar de petróleo y energía nuclear puede facilitar el desarrollo sostenible del mundo", agregó Wang.
El estudio fue apoyado por diferentes fuentes de financiamiento, incluyendo CityU, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Consejo de Subvenciones de Investigación de Hong Kong, la Comisión de Innovación y Tecnología, el Consejo de Innovación Científica y Tecnológica de Shenzhen y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. El equipo ha presentado la tecnología para una solicitud de patente en los EE. UU. y China continental.
Fuentes:
Science Daily http://bit.ly/2vvOs1r
Science Alert http://bit.ly/3cyJwt4
CityU http://bit.ly/39pQAq0
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