Científicos españoles crean un papel que convierte el calor en electricidad

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.

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.

 

“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, uno de los autores.

"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.

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