Papel
termoeléctrico producido por bacterias en laboratorio. / ICMAB
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Los materiales
termoeléctricos, capaces de transformar el calor en electricidad, son
muy prometedores a la hora de convertir el calor residual en energía
eléctrica, ya que permiten aprovechar una energía difícilmente
utilizable que, de otro modo, se perdería. Ahora, un equipo de
investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona
(ICMAB-CSIC) ha creado un nuevo material termoeléctrico: se trata de un
papel capaz de convertir el calor residual en energía eléctrica. Estos
dispositivos podrían usarse para generar electricidad a partir de calor
residual para alimentar sensores en el campo de la Internet de las
Cosas, la Agricultura 4.0 o la Industria 4.0. Los resultados de la
investigación se publican en la revista Energy & Environmental Science.
“Este dispositivo está
compuesto de celulosa producida en laboratorio por unas bacterias, con
pequeñas cantidades de un nanomaterial conductor –nanotubos de carbono-,
por lo que su producción resulta sostenible y respetuosa con el medio
ambiente”, explica Mariano Campoy-Quiles, investigador del Instituto de
Ciencia de Materiales de Barcelona
"En un futuro próximo, se
podrían utilizar como dispositivos wearables, en aplicaciones médicas o
deportivas, por ejemplo. Y si la eficiencia del dispositivo se
optimizara aún más, este material podría dar lugar a un aislamiento
térmico inteligente, o en sistemas de generación eléctrica híbridos
fotovoltaicos-termoeléctricos", augura Campoy-Quiles.
Además, "debido a la alta
flexibilidad de la celulosa y la escalabilidad del proceso, estos
dispositivos podrían utilizarse en aplicaciones donde la fuente de calor
residual tuviera formas poco regulares o áreas extensas, ya que se
podrían recubrir totalmente con el material" indica Anna Roig,
investigadora del estudio.
Como la celulosa
bacteriana se puede fabricar en casa, tal vez estamos delante del primer
paso hacia un nuevo paradigma energético, donde los usuarios se podrán
fabricar sus propios generadores eléctricos.
Todavía estamos lejos,
pero este estudio representa un principio. Por algún sitio hay que
empezar.
CULTIVADO EN LABORATORIO
“En vez de fabricar un
material para la energía, lo cultivamos", explica Campoy-Quiles. "Las
bacterias, dispersas en un medio de cultivo acuoso que contiene azúcares
y los nanotubos de carbono, van produciendo las fibras de nanocelulosa
que acaban formando el dispositivo, donde quedan perfectamente dispersos
los nanotubos de carbono", continúa.
"Se obtiene un material
mecánicamente muy resistente, muy flexible y deformable, gracias a las
fibras de celulosa, y con una elevada conductividad eléctrica, gracias a
los nanotubos de carbono", explica Anna Laromaine, investigadora del
estudio. "La intención es acercarnos al concepto de economía circular,
utilizando materiales sostenibles y que no sean tóxicos para el medio
ambiente, que se utilicen en poca cantidad, y que se puedan reciclar y
reutilizar", explica Roig.
Roig afirma que, en
comparación con otros materiales similares, este "tiene una estabilidad
térmica superior a los materiales termoeléctricos basados en polímeros
sintéticos, lo que permite llegar hasta los 250 ºC. Además, no utiliza
elementos tóxicos, y se puede reciclar fácilmente la celulosa,
degradándola mediante un proceso enzimático que la convierte en glucosa.
Así, se recuperan al mismo tiempo los nanotubos de carbono, que son el
elemento más costoso del dispositivo". Además, se puede controlar el
grosor, el color e incluso la transparencia.
Campoy-Quiles explica que
se han utilizado los nanotubos de carbono por sus dimensiones: "Gracias
a su diámetro nanométrico y a las pocas micras de largo, los nanotubos
de carbono permiten, con muy poca cantidad (en algunos casos hasta un
1%), conseguir que haya percolación eléctrica, es decir, un camino
continuo donde las cargas eléctricas puedan viajar a través del
material, permitiendo que la celulosa sea conductora y, al mismo tiempo,
aislante térmico".
Además, el hecho de
utilizar una cantidad tan pequeña de nanotubos (hasta un 10% como
máximo), conservando la eficiencia global de un material que tuviera el
100%, se consigue un ahorro económico y energético muy significativo",
añade Campoy-Quiles. "Por otra parte, las dimensiones de los nanotubos
de carbono son similares a las nanofibras de celulosa, con lo que se
consigue una dispersión homogénea. Además, las inclusiones de estos
nanomateriales tienen un impacto positivo en las propiedades mecánicas
de la celulosa, haciéndola aún más deformable, extensible y resistente",
añade Roig.
Este estudio es el
resultado de un proyecto interdisciplinario (FIP-THERMOPAPER) entre
diferentes grupos del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona de
la convocatoria "Frontier Inderdisciplinary Projects", una de las
acciones estratégicas del proyecto de excelencia Severo Ochoa.
FUENTE: CSIC 30/01/2019
DEYAA ABOL-FOTOUH, BERNHARD DÖRLING, OSNAT ZAPATA-ARTEAGA, XABIER
RODRÍGUEZ-MARTÍNEZ, ANDRÉS GÓMEZ, J. SEBASTIAN REPARAZ, ANNA LAROMAINE,
ANNA ROIG AND MARIANO CAMPOY-QUILES.
FARMING THERMOELECTRIC PAPER.
ENERGY & ENVIRONMENTAL
SCIENCE. DOI:10.1039/C8EE031
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