La era de los combustibles fósiles se va acercando a su fin. Hoy incluso las grandes compañías petroleras ya manejan previsiones de que el pico máximo de producción ha quedado atrás, y que estamos al comienzo de un declive que será largo pero inexorable. En un escenario mundial de reducción de la contaminación, los países se esfuerzan en disminuir la emisión de los gases de efecto invernadero. El más nocivo, el dióxido de carbono, proviene principalmente de la quema de estos combustibles perecederos.
Energías renovables como la eólica, la solar o la geotérmica, basadas en fuentes naturales inagotables y limpias, son la gran esperanza en la transición energética. Pero el viento, el sol o el calor terrestre no son ni mucho menos los únicos recursos disponibles en la naturaleza de los que podemos extraer energía. Así, y mientras en todo el mundo crece la implantación de estas energías renovables, numerosos grupos de investigación experimentan con otros procedimientos alternativos para aprovechar las fuentes más diversas: propuestas innovadoras capaces de generar electricidad o biocombustibles a partir de alimentos desechados, del vapor de agua, del movimiento e incluso de las lágrimas. Algunas de estas soluciones ya se están aplicando. Y si bien muchas de ellas son de uso a una escala limitada, podrían resolver problemas energéticos en zonas deprimidas o proporcionar infinidad de pequeñas fuentes que descargarían notablemente la demanda de las grandes redes de suministro.
Patatas que iluminan
Además de ser un alimento básico para millones de personas, las patatas tienen otra cualidad: pueden servir como batería en lugares con difícil acceso a la electricidad. La batería de patata es un experimento clásico muy popular en los colegios, pero el investigador israelí Haim Rabinowitch quiso convertir una curiosidad en una posible solución práctica.
“Al principio pensamos erróneamente que la patata era la fuente real de energía y que al unir los electrodos nos beneficiaríamos de la alta energía almacenada en ella, pero no es el caso”, explica a OpenMind Rabinowitch, profesor emérito de la facultad de Agricultura, Alimentación y Medioambiente de la Universidad Hebrea de Jerusalén.
La patata conduce la electricidad entre dos metales, permitiendo que la corriente de electrones se mueva a través del cable para crear electricidad, como hace el ácido de una batería normal. El hallazgo de Rabinowitch y sus colaboradores consiste en cocer la patata durante 8 minutos antes de utilizarla, lo que rompe las membranas de los tejidos y multiplica por diez el voltaje que puede obtenerse respecto al tubérculo crudo. Así, una sola patata cortada en trozos y colocando cada trozo entre un cátodo de cobre y un ánodo de zinc conectados con un cable podría iluminar una habitación con tecnología LED durante 40 días, con un coste entre cinco y 50 veces menor que con una batería normal.
Entre las ventajas del tubérculo, Rabinowitch destaca que se cultiva en 120 países y su bajo coste. “La patata y otros tejidos vegetales tratados de forma similar podrían proporcionar una solución inmediata, respetuosa con el medio ambiente y económica para muchas de las necesidades energéticas de baja energía en áreas del mundo que carecen de acceso a la infraestructura eléctrica”, afirman los autores de la investigación. Aunque el proyecto no ha ofrecido nuevos progresos, sin duda ha abierto una vía que podría seguir explotándose en el futuro.
La potencia de la evaporación
Aproximadamente el 50% de la energía solar absorbida por la superficie terrestre impulsa la evaporación, un proceso natural que afecta a los ecosistemas, a los recursos hídricos y al clima. Los científicos llevan años estudiando cómo convertir esta energía en un recurso útil.
Según un equipo de investigadores de la Universidad de Columbia, la evaporación natural de las superficies de aguas abiertas podría proporcionar densidades de energía comparables a las actuales tecnologías eólica y solar. “Estimamos que en Estados Unidos están potencialmente disponibles hasta 325 Gw de potencia”, casi el 70% de la producción del país en el año 2015, calculan los autores.
El modelo que han diseñado contempla un motor colocado en la superficie del agua que aprovecharía la energía de la evaporación a través de un ciclo de etapas, absorbiendo el vapor y liberando el agua. A diferencia de la energía eólica o solar, los investigadores plantean que la potencia de la evaporación se almacene para poder usarla en los momentos de demanda. Actualmente existen proyectos que tratan de acoplar la evaporación al uso de nanocapilares de fluido para generar electricidad, y que pueden aprovechar el calor residual de múltiples fuentes para producir energía de forma autosuficiente y sin necesidad de mantenimiento.
Del aceite a las zanahorias
El aceite usado lo depositamos en puntos limpios para su reciclaje. Entre sus aplicaciones, el lubricante puede servir para desarrollar biodiésel. Este biocombustible aspira a sustituir a los derivados del petróleo, contaminando mucho menos y sin el inconveniente del biodiésel obtenido a partir de cultivos que ocupan grandes extensiones de tierras.
Lo difícil es obtener un fluido puro, que cumpla con las normativas comunitarias. Científicos de la Universidad Complutense de Madrid calcularon cuál es el umbral límite de pureza: la acidez del aceite de fritura no debe superar el 2%. Los científicos comprobaron que, cuantas más frituras, peor era su calidad, lo que influía en la pureza del biocombustible.
La contaminación de los aceites usados es un obstáculo a la hora de reciclarlos para producir biocombustibles, ya que deben filtrarse y purificarse, lo que tiene un alto consumo energético. Por ello, los investigadores buscan nuevos procedimientos que permitan utilizar directamente el aceite sucio. Científicos de la Universidad RMIT de Australia han desarrollado un catalizador que admite hasta un 50% de contaminación en la materia prima, y que posibilita la conversión de distintos tipos de residuos de aceites y agrícolas en biocombustibles o en compuestos químicos de interés industrial.
Los desechos de la agricultura y la basura orgánica en general, como los restos de alimentos, son también una fuente aprovechable de materia prima energética. Investigadores españoles y argentinos usaron zanahorias descartadas, que no cumplían los estándares para la venta, para generar bioetanol, un biocombustible obtenido de la fermentación de azúcares. Preparado el mosto, la zanahoria se trocea y se somete a un proceso de hidrólisis enzimática. Después tiene lugar la fermentación etílica, en la que las levaduras transforman el azúcar del mosto en etanol y dióxido de carbono. El último paso es purificar el etanol por destilación.
El proceso de reutilización contempla que la pulpa resultante sirva como alimento de los animales, que los carotenos se aprovechen en la industria farmacéutica y alimentaria, y que las fibras se destinen a la alimentación humana.
El poder de las lágrimas
Las lágrimas podrían darnos más alegrías que penas. Un equipo de investigadores dirigidos por la Universidad de Limerick (Irlanda) ha estudiado su potencial para generar electricidad. La clave está en aplicar presión en una proteína, la lisozima, que se encuentra en las lágrimas y también en las claras de huevo, la saliva o la leche de los mamíferos.
La capacidad de generar electricidad mediante presión no es nueva. Se denomina piezoelectricidad directa y la tienen materiales como el cuarzo, que puede convertir energía mecánica en eléctrica y al contrario. De hecho, estos materiales ya se usan en telefonía móvil, sónares del océano e imágenes de ultrasonido.
Pero, según los científicos, y aunque ya se conocía la piezoelectricidad en los materiales biológicos, es la primera vez que se ha demostrado en algo tan simple como una proteína. El hallazgo de que los cristales de lisozima generan este tipo de electricidad puede tener aplicaciones en el área de la electrónica para dispositivos biomédicos implantables, ya que permitiría, por ejemplo, construir bombas para liberar fármacos dentro del organismo sin necesidad de emplear baterías convencionales. Las investigaciones continúan profundizando en la piezoelectricidad de las biomoléculas y sus componentes, como los aminoácidos, para explotar sus propiedades en el desarrollo de dispositivos.
Bacterias eléctricas
El conocimiento de que los microbios producen electricidad es casi tan viejo como la comprensión del metabolismo: las bacterias anaerobias, que crecen sin aire, respiran otros compuestos a los que oxidan. La oxidación es una pérdida de electrones. ¿Y qué es la electricidad sino conducir electrones de un lugar a otro? Pero aunque el fundamento de la idea se remonta casi al nacimiento de la microbiología, aprovechar esta electricidad de forma práctica ha sido un largo proceso que hoy continúa. Ya en el siglo pasado se obtuvieron las primeras pilas microbianas de combustible que transfieren electrones directamente al ánodo de una batería para crear la corriente hacia el cátodo.
Los obstáculos son técnicos: aunque son numerosas las bacterias capaces de generar electricidad, es difícil encontrar las candidatas óptimas y cultivarlas, para lo cual los investigadores trabajan en sistemas microfluídicos capaces de capturar estos microbios y analizar su idoneidad, como en una selección de personal.
Actualmente las pilas microbianas de combustible se emplean en usos experimentales y para tratar aguas residuales —que proporcionan sustratos útiles a estos microbios para generar electricidad—, pero los expertos les auguran usos mucho más amplios en el futuro; incluso la NASA baraja la idea de utilizarlas para generar electricidad en las misiones espaciales. El descubrimiento de que ciertas bacterias transmiten electricidad a través de nanocables de proteínas ha inspirado además un posible aprovechamiento para usos médicos.
Energía del movimiento
Un principio científico básico que aprenden los escolares es que la energía no se crea ni se destruye, sino que solo se transforma. Y dado que los seres vivos extraemos energía de los alimentos y la empleamos, entre otros muchos fines, para movernos, ¿por qué no tratar de cosecharla y convertirla en electricidad? El concepto no es nuevo: los frenos regenerativos de los trenes y los automóviles híbridos capturan la energía cinética de la frenada para recargar sus baterías eléctricas.
Existen diversos proyectos que trabajan en la extracción de la energía del movimiento humano. Algunas compañías fabrican pavimentos capaces de convertir las pisadas en electricidad, y que ya se han instalado en el aeropuerto londinense de Heathrow o en la muy transitada Oxford Street de la capital británica. Investigadores y compañías trabajan en sistemas portátiles para capturar la energía del movimiento y utilizarla para recargar dispositivos electrónicos personales o médicos. Y aunque algunos expertos dudan de la viabilidad masiva de estas opciones, incluso su uso a pequeña escala podría aliviar parte del consumo energético global.
Pero además de movimiento, los humanos también producimos calor, que normalmente se desperdicia. Desde hace unos años existen sistemas capaces de recoger el calor corporal emitido al ambiente en lugares de grandes aglomeraciones y canalizarlo para climatizar los edificios. Locales de audiencias acaloradas, como las salas de conciertos, suelen expulsar al exterior el aire caliente. Con ocasión de la celebración de la conferencia del clima COP26 en Glasgow, una popular discoteca y centro de eventos artísticos de la ciudad escocesa ha instalado un sistema de bombas de calor que dirige el aire caliente a una instalación subterránea —produciendo una especie de geotermia artificial— para utilizarlo como fuente de energía en la calefacción y el aire acondicionado del edificio. Según sus fabricantes, el sistema ahorrará la emisión de 70 toneladas de carbono al año.
Comentarios sobre esta publicación