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Energía de agua: el generador de gotas de agua produce electricidad 01
Noticias
presentadas por Michael Palomino
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7-2-2020: El generador de gotas de agua:
Electricidad por gotas de agua: el novedoso generador de gotas genera electricidad utilizable incluso a partir de las cantidades más pequeñas de agua
(orig. alemán: Elektrischer Strom aus Wassertropfen: Neuartiger Tropfen-Generator erzeugt nutzbaren Strom schon aus kleinsten Wassermengen)
https://www.scinexx.de/news/energie/elektrischer-strom-aus-wassertropfen/
Pequeño pero poderoso: los investigadores han construido un sistema que genera electricidad a partir de la caída de gotas de agua. Una sola gota es suficiente para iluminar 100 pequeños LEDs. Esto es posible gracias a una combinación de teflón, el semiconductor óxido de indio y estaño y un electrodo de aluminio. Cuando una gota golpea este conjunto, se genera una corriente eléctrica. Esto abre posibilidades completamente nuevas para generar electricidad, informan los investigadores en la revista científica "Nature".
La energía eléctrica puede generarse a partir del agua: así lo demuestran las centrales hidroeléctricas en presas, las centrales de pasada o las centrales mareomotrices. El agua también puede utilizarse para almacenar energía. Sin embargo, todos estos sistemas requieren mayores cantidades de agua para funcionar eficazmente. Esto es diferente con los sistemas de prueba basados en el efecto triboeléctrico: Con ellos, incluso el contacto de ciertos materiales con el agua provoca una carga electrostática y, por tanto, genera electricidad, aunque en cantidades muy pequeñas.
Teflón, un semiconductor y unos trozos de aluminio
Pero hay otra forma: investigadores dirigidos por Zuankai Wang, de la City University de Hong Kong, han desarrollado un generador que produce corriente eléctrica a partir de gotas individuales de agua, y lo hace con una eficacia mil veces superior a la de anteriores enfoques de este tipo. Al igual que los sistemas triboeléctricos, su generador de gotas también se basa en la interacción de las gotas de agua con determinados materiales.
El dispositivo consiste en una capa del semiconductor óxido de indio y estaño (ITO) a la que se aplica el polímero politetrafluoroetileno (PTFE), más conocido como teflón. Este material aislante de la electricidad es un llamado electreto que puede almacenar cargas eléctricas o acumularlas, por ejemplo, a través de la fricción. Una pequeña pieza de aluminio conecta las dos capas y sirve de electrodo.
Acumulación de cargos
Si una gota de agua cae ahora sobre este conjunto, se extiende por la superficie de teflón repelente al agua y genera allí una carga eléctrica mediante interacciones electroquímicas. A diferencia de los generadores de gotas anteriores, esta energía eléctrica no se vuelve a perder después de cada gota, sino que se acumula. "A medida que aumenta el número de gotas de agua que chocan con la superficie, aumenta la carga en la superficie", informan Wang y su equipo. "Después de unas 16.000 gotas, la carga superficial alcanza un valor estable de unos 50 nanoculombios".
Ahora entra en juego un segundo proceso: el agua que se extiende por la superficie forma un puente entre el electrodo de aluminio y la capa de ITO y teflón. Esto crea un circuito eléctrico a través del cual la carga puede fluir. Como explican los investigadores, el funcionamiento del sistema es similar al de un transistor de efecto de campo. Según su información, el generador de gotas alcanza una densidad energética de 50 vatios por metro cuadrado.
Una gota enciende 100 LEDs
En las primeras pruebas, un prototipo de este generador de gotas ya generaba mil veces más energía que los sistemas convencionales: "Una gota de 100 microlitros de agua del grifo que cae desde una altura de 15 centímetros puede generar una tensión de 140 voltios y una corriente de 270 microamperios", informan Wang y su equipo. "Esta energía eléctrica es suficiente para iluminar un centenar de pequeños LEDs".
Según los investigadores, su generador de gotas puede utilizarse no sólo con agua del grifo, sino también con agua de mar y gotas de lluvia. Para su uso bajo la lluvia, adaptaron la construcción de manera que el agua de lluvia se recoge primero y luego se divide por un capilar en pequeñas gotas que caen regularmente. El agua de mar también se puede dosificar de forma similar.
"Ajustando el diámetro del capilar y la altura de la caída, podemos controlar el tamaño y la velocidad de las gotas y, por tanto, también la cantidad de energía producida", explican Wang y sus colegas.
Energía renovable y descentralizada
Según los científicos, esta tecnología abre nuevas posibilidades para aprovechar la energía del agua. "La energía cinética del agua que cae procede de la gravedad y, por tanto, puede considerarse de libre disposición y renovable", afirma Wang. "Por lo tanto, hay que darle un mejor uso. La electricidad a partir de gotas de agua en lugar de petróleo o energía nuclear podría impulsar el desarrollo sostenible del mundo".
El generador de gotas es especialmente adecuado para la generación de energía descentralizada, afirma. Podría utilizarse para generar electricidad en cualquier lugar donde haya lluvia o agua, incluso en el casco de un ferry o en la superficie de un paraguas. (Nature, 2020; doi: 10.1038/s41586-020-1985-6)Fuente: Universidad de la ciudad de Hongkong (City University of Hong Kong)>
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