Crean una batería que funciona por contacto con la tierra del suelo

Científicos de la Universidad de Northwestern (EEUU) han creado una pila de combustible de bolsillo que recolecta la energía creada por los microbios del suelo, tanto si éste es húmedo como seco, con un rendimiento récord para aplicaciones de bajo consumo. Tiene el tamaño de un pequeño libro y para generar la energía usa bacterias existentes en la tierra, en vez de sustancias químicas.

El invento podría ser una alternativa sostenible a las baterías convencionales, que contienen sustancias químicas tóxicas e inflamables con efectos negativos en el medio ambiente y suponen una fuente de basura electrónica.

Usos agrícolas

Los investigadores probaron esta nueva pila de combustible utilizándola para alimentar sensores agrícolas que medían la humedad del suelo y también detectaban el tacto, una capacidad que podría ser valiosa para rastrear animales.

"Estas pilas utilizan microbios que descomponen el suelo y utilizan esa pequeña cantidad de energía para alimentar sensores. Siempre que haya carbono orgánico en el suelo para que los microbios lo descompongan, la pila de combustible puede durar potencialmente para siempre", señalan los investigadores.

El sensor iba provisto de una antena diminuta que permitía la comunicación inalámbrica y la transmisión de datos a una estación base cercana. La pila de combustible funcionaba tanto en seco como en mojado y su potencia superaba en un 120% la de tecnologías similares.

En los últimos años, está en auge la agricultura de precisión, con la que se quiere mejorar el rendimiento de sus cosechas. Este sistema se basa en medir con gran detalle los niveles de humedad, nutrientes y contaminantes del suelo para tomar decisiones informadas que puedan mejorar la salud de los cultivos. Sin embargo, esto requiere una red amplia y dispersa de dispositivos electrónicos que puedan recoger continuamente datos medioambientales.

Una geometría diferente, clave del éxito

El profesor Bill Yen y su equipo de la Universidad de Nortwestern se embarcaron en un viaje de dos años para desarrollar una pila de combustible microbiana (MFC en inglés) práctica y fiable basada en el suelo. Crearon y compararon cuatro versiones diferentes. Durante nueve meses comprobaron los datos de cada sistema y, por último, probaron el prototipo con mejor rendimiento en un jardín exterior. El secreto de su éxito fue su geometría, que difería del diseño tradicional.

En lugar de un ánodo y un cátodo paralelos, la pila de combustible seleccionada tras las pruebas utilizaba un diseño perpendicular, con el ánodo hecho de fieltro de carbono y el cátodo de un metal conductor inerte. Este diseño funcionó bien tanto en entornos secos como encharcados.

El dispositivo tiene un diseño vertical para garantizar que el extremo superior quede a ras de suelo. Este dispositivo tiene una tapa impresa en 3D en la parte superior para evitar que caigan residuos en su interior y un orificio en la parte superior para permitir un flujo de aire constante.

El extremo inferior del cátodo permanece bajo la superficie para mantenerse hidratado gracias a la humedad del suelo circundante. Está recubierto de un material impermeabilizante que le permite respirar durante una inundación. El dispositivo genera 68 veces más energía de la necesaria para hacer funcionar sus sensores y puede soportar grandes cambios en la humedad del suelo.

Según los investigadores, todos los componentes de su batería de suelo pueden adquirirse en cualquier ferretería. Su próximo objetivo es desarrollar una pila basada de suelo y fabricada con materiales totalmente biodegradables.

"Estos microbios son ubicuos; ya que viven en el suelo en todas partes", dijo George Wells, de Northwestern, autor principal del estudio. "Podemos utilizar sistemas de ingeniería muy simples para capturar su electricidad. No vamos a alimentar ciudades enteras con esta energía, pero podemos capturar cantidades diminutas de energía para alimentar aplicaciones prácticas de bajo consumo".

Estudio de referencia: https://dl.acm.org/doi/10.1145/3631410

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