Gotas de lluvia en una ventana Omicrono
Adiós a las placas solares: el invento que genera electricidad gracias a las gotas de lluvia y ha logrado disparar su potencia
El hallazgo de investigadores australianos contribuirá al desarrollo de nuevos biocombustibles y baterías con mayor capacidad.
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La lluvia llegó a toda España a finales de febrero y, según la Aemet aún quedan varios días para poder ver el cielo despejado. Hemos dicho adiós a la sequía, al menos de momento, y lo peor de la borrasca Laurence está por llegar, con 22 provincias en alerta por hasta 200 l/m2 de lluvia. Eso también se traduce en una menor generación de energía solar, que en los últimos años se ha convertido en uno de los grandes pilares del mix energético español. Pero, ¿y si las propias gotas de lluvia pudieran generar energía por sí mismas?
Es algo que han abordado diversas investigaciones en los últimos años, pero sigue siendo un campo con mucho margen de mejora. Es en lo que llevan trabajando desde hace tiempo un equipo de investigadores del Real Instituto de Tecnología y la Universidad de Melbourne (Australia), que acaban de publicar un artículo científico al respecto en Physical Review Letters. Las conclusiones del estudio abren nuevas vías de investigación y un enorme potencial esperando a ser aprovechado: tras impactar y desplazarse por una superficie, las gotas de agua generan una carga eléctrica 10 veces mayor de lo que se creía.
Más allá de tener superficies en coches y edificios en las que poder aprovechar esta carga eléctrica, las aplicaciones más inmediatas de este descubrimiento tienen que ver con los biocombustibles y las baterías. En el primer caso, la eficiencia de las reacciones químicas es fundamental a la hora de convertir la biomasa en energía, y los avances en este sentido podrían optimizar su producción y reducir costes. En cuanto a las baterías, ayudaría a la sustitución de electrolitos orgánicos por agua, pero también podrían mejorar su capacidad de almacenamiento, la velocidad de la carga o alargar su vida útil.
Capturar la energía
Hasta ahora, los mayores avances en torno al aprovechamiento de la carga eléctrica generada por las gotas de lluvia tenían que ver con el momento en el que se secaban tras caer sobre una superficie. El hallazgo de los investigadores australianos propone un cambio de paradigma, después de observar cómo las gotas, tras quedarse atascadas en una pequeña protuberancia o rugosidad, aumentaban su fuerza hasta que "saltaban o se deslizaban", creando una carga irreversible que hasta ahora no se había descubierto.
"La mayoría de la gente observaría que el agua de lluvia gotea por una ventana o en el parabrisas de un coche de forma desordenada, sin ser consciente de que genera una pequeña carga eléctrica", explica en un comunicado de prensa Peter Sherrell, autor principal del artículo. Su campo de investigación está centrado precisamente en capturar y utilizar la energía ambiental para impulsar productos químicos ecológicos y sostenibles.
Cómo se genera electricidad con el movimiento de agua sobre las superficies
"Hasta ahora, los científicos entendían que este fenómeno se producía cuando el líquido abandonaba una superficie, que pasaba de húmeda a seca", sostiene Sherrell. "En este trabajo hemos demostrado que la carga puede crearse cuando el líquido entra en contacto por primera vez con la superficie, cuando pasa de seco a húmedo, y es 10 veces más fuerte que la carga de húmedo a seco".
Este movimiento, conocido como stick-slip (que se podría traducir como 'adherir-resbalar'), es el que tratan de entender en toda su complejidad, lo que permitiría desarrollar nuevos materiales o superficies con electrificación controlada. Según los experimentos de los investigadores, la carga no desaparece y lo más probable es que la gota la retenga a medida que se desplaza sobre la superficie.
Combustibles y baterías
El principal campo de aplicación de este descubrimiento, por sorprendente que pueda parecer, está en los biocombustibles, obtenidos gracias a una mezcla de sustancias orgánicas que sirven como combustible en motores de combustión interna. Son un elemento clave en la transición energética, ya que pueden ayudar a descarbonizar industrias enteras.
En este caso, una descarga eléctrica en el interior de un contenedor de combustible con líquidos inflamables podría ser muy peligrosa. Así, la carga acumulada de las gotas de agua en una superficie sólida debe descargarse primero de forma segura tras el paso del líquido.
Los investigadores estudiaron con detalle la carga generada por las gotas de agua Omicrono
"En la actualidad, con los combustibles existentes, la acumulación de cargas se reduce restringiendo el flujo, utilizando aditivos u otras medidas, que pueden no ser eficaces en los combustibles más recientes", afirma Joe Berry, experto en dinámica de fluidos del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Melbourne. "Este conocimiento puede ayudarnos a diseñar recubrimientos que podrían mitigar la carga en los nuevos combustibles".
Para estudiar el efecto de carga, los investigadores usaron politetrafluoroetileno (PTFE), el material que recubre el teflón, el plástico que se suele utilizar en tuberías y otros elementos por donde pasan fluidos habitualmente. Eligieron el PTFE porque no es conductor de la electricidad, por lo que la carga generada tras el paso del líquido no puede eliminarse ni fácil ni rápidamente.
Para conseguir resultados más allá de las simulaciones por ordenador, el equipo midió la carga eléctrica y las áreas de contacto creadas por las gotas de agua al extenderse y contraerse sobre una placa plana de teflón. Para obtener los datos con mayor precisión, usaron una cámara especializada para capturar fotogramas individuales de gotas pegándose y deslizándose, midiendo el cambio de carga en cada momento.
Gracias a esta cámara, pudieron registrar cómo la primera vez que el agua tocó la superficie se produjo el mayor cambio de carga, de 0 a 4,1 nanoculombios (nC). Después, la carga fue oscilando entre los 3,2 y 4,1 nC a medida que la interacción agua-superficie alternaba entre las fases húmeda y seca.
De izquierda a derecha, los investigadores Joe Berry, Peter Sherrell y Shuaijia Chen Omicrono
"Para poner las cosas en perspectiva, la cantidad de carga eléctrica que el agua produjo al moverse sobre la superficie de PTFE fue más de un millón de veces menor que la descarga estática que podrías recibir de alguien que salta a tu lado en un trampolín", dijo Shuaijia Chen, otro de los autores del artículo, usando una curiosa analogía.
Es una carga insignificante, pero que abre la puerta a "innovaciones capaces de potenciar o inhibir la carga creada en las interacciones líquido-superficie en una serie de aplicaciones del mundo real". Estos avances dependen de nuevas investigaciones del fenómeno stick-slip con otro tipo tanto de líquidos como de superficies, además del desarrollo de tecnologías comerciales junto a futuros socios industriales.
De momento, el otro campo en el que pueden propiciar importantes mejoras además es el de las baterías, con "métodos para recuperar electricidad y acelerar la carga a partir del movimiento de líquidos en dispositivos de almacenamiento de energía", según Sherrell.
