Una nueva fuente de combustible ha estado bajo nuestros pies todo el tiempo, y los científicos no están hablando de petróleo. Investigadores de la Universidad Northwestern han logrado un avance revolucionario en energía sostenible al desarrollar una novedosa celda de combustible alimentada enteramente por microbios que se encuentran en la tierra.
Esta innovación, del tamaño aproximado de un libro de bolsillo estándar, ofrece una prometedora alternativa de energía renovable a las baterías tradicionales, que a menudo contienen sustancias químicas tóxicas y tienen cadenas de suministro perjudiciales para el medio ambiente.
La tecnología impulsada por el suelo, ideal para alimentar sensores subterráneos en agricultura de precisión e infraestructura verde, podría revolucionar la forma en que gestionamos y monitoreamos los entornos agrícolas. A diferencia de las baterías que contienen sustancias peligrosas y contribuyen a los desechos electrónicos, esta celda de combustible basada en el suelo aprovecha la energía de manera sostenible e inofensiva.
En las pruebas, los investigadores utilizaron con éxito la nueva celda de combustible para alimentar sensores que miden la humedad del suelo y detectan el tacto, una característica importante para rastrear la vida silvestre. El dispositivo también incluye una pequeña antena para la transmisión inalámbrica de datos a una estación base, mejorando su funcionalidad en aplicaciones de campo.
Sorprendentemente, el rendimiento de la pila de combustible superó tecnologías similares en un 120 por ciento, demostrando ser eficaz tanto en condiciones de suelo húmedo como seco. Esta adaptabilidad es crucial para una operación confiable en diversos entornos agrícolas.
La investigación es particularmente significativa ya que el equipo ha puesto a disposición del público todos sus diseños, tutoriales y herramientas de simulación. Este enfoque de código abierto fomenta una mayor innovación y aplicación en el campo.
“La cantidad de dispositivos en Internet de las cosas (IoT) está en constante crecimiento”, dice el autor del estudio Bill Yen, un exalumno de Northwestern, en un comunicado de la universidad. “Si imaginamos un futuro con billones de estos dispositivos, no podemos construir todos ellos de litio, metales pesados y toxinas peligrosas para el medio ambiente.
Necesitamos encontrar alternativas que puedan proporcionar bajas cantidades de energía para alimentar una red descentralizada de dispositivos. En la búsqueda de soluciones, buscamos pilas de combustible microbianas del suelo, que utilizan microbios especiales para descomponer el suelo y utilizar esa pequeña cantidad de energía para alimentar sensores”, continúa Yen.
“Mientras haya carbono orgánico en el suelo para que los microbios lo descompongan, la pila de combustible puede durar potencialmente para siempre”.
Las pilas de combustible microbianas (MFC) funcionan como una batería, con un ánodo, un cátodo y un electrolito. Sin embargo, en lugar de productos químicos, utilizan bacterias presentes naturalmente en el suelo, que liberan electrones durante la descomposición de la materia orgánica. Estos electrones fluyen del ánodo al cátodo, creando un circuito eléctrico que genera energía.
“Si quieres colocar un sensor en la naturaleza, en una granja o en un humedal, estás obligado a colocarle una batería o recolectar energía solar”, explica Yen. “Los paneles solares no funcionan bien en ambientes sucios porque se cubren de suciedad, no funcionan cuando no hay sol y ocupan mucho espacio.
Las baterías también suponen un desafío porque se quedan sin energía. Los agricultores no van a recorrer una granja de 100 acres para cambiar periódicamente las baterías o quitar el polvo de los paneles solares”.
Si bien los MFC se conocen desde hace más de un siglo, su aplicación práctica ha sido limitada debido a problemas de rendimiento en condiciones de baja humedad. Para superar esto, Yen y su equipo experimentaron con diferentes diseños y tuvieron éxito con una geometría perpendicular única.
El ánodo, hecho de fieltro de carbono, se encuentra en posición horizontal, mientras que el cátodo de metal conductor se encuentra en posición vertical, lo que garantiza una hidratación y oxigenación constantes.
Los investigadores también planean desarrollar una versión totalmente biodegradable de su MFC basado en el suelo, alejándose de los minerales conflictivos y las complicadas cadenas de suministro.
“Con la pandemia de COVID-19, todos nos familiarizamos con cómo una crisis puede alterar la cadena de suministro mundial de productos electrónicos”, dice el coautor del estudio Josiah Hester, ex miembro de la facultad de Northwestern que ahora trabaja en el Instituto de Tecnología de Georgia. “Queremos construir dispositivos que utilicen cadenas de suministro locales y materiales de bajo costo para que la informática sea accesible para todas las comunidades”.
