Investigadores del CSIC han logrado crear una celulosa con bacterias sintetizadas en laboratorio que convierte el calor residual en energía eléctrica. Estos dispositivos podrían usarse en sensores para internet de las cosas, en tecnología wearable y aislamiento térmico inteligente, entre otras aplicaciones.
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| Papel flexible termoeléctrico de celulosa bacteriana y nanotubos de carbono. / ICMAB-CSIC |
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.
"En un futuro próximo –agrega– 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".
Además, "debido a la alta flexibilidad de la celulosa y la escalabilidad del proceso, 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.
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| Un investigador mostrando el material termoeléctrico hecho de celulosa bacteriana con nanotubos de carbono. El color negro viene dado por los nanotubos, ya que la celulosa sola es transparente. / del ICMAB-CSIC |
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, según los autores.
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".
"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.
Tiene una estabilidad térmica superior a los materiales termoeléctricos basados en polímeros sintéticos
La coautora 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.
Por su parte, Campoy-Quiles señala 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".
Deformable, extensible y resistente
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, la inclusión 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.
Referencia bibliográfica:
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/C8EE03112F.
Fuente: ICMAB-CSIC
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