Científicos de la Universidad Northwestern crearon una pila de combustible de bolsillo que recolecta la energía creada por los microbios del suelo, tanto húmedo como seco, con un rendimiento récord.
Esta tecnología, totalmente alimentada por el suelo y del tamaño aproximado de un libro de bolsillo, podría alimentar sensores subterráneos utilizados en agricultura de precisión e infraestructuras verdes.
También podría ser una alternativa sostenible a las baterías, que contienen sustancias químicas tóxicas e inflamables que tienen efectos negativos en el medio ambiente y contribuyen a la basura electrónica.
Nueva pila de combustible
Los investigadores probaron una nueva pila de combustible utilizándola para alimentar sensores que medían la humedad del suelo y detectaban el tacto, una capacidad que podría ser valiosa para rastrear animales de paso.
Además, equiparon el sensor con una antena diminuta que permitía la comunicación inalámbrica y la transmisión de datos a una estación base cercana reflejando las señales de radiofrecuencia existentes. 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, los agricultores han adoptado la agricultura de precisión para mejorar el rendimiento de sus cosechas. Este enfoque se basa en medir con precisión 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.
Cosechar energía del suelo
Para superar este reto, investigadores como Wells, Yen y sus colaboradores han estado explorando la posibilidad de cosechar energía del entorno existente. Yen explicó que potencialmente podrían cosechar energía del suelo que los agricultores ya están controlando.
Yen y su equipo se embarcaron en un viaje de dos años para desarrollar una MFC práctica y fiable basada en el suelo. Crearon y compararon cuatro versiones diferentes. Recopilaron nueve meses de datos sobre el rendimiento de cada diseño 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 ganadora 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 la superficie del 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 MFC de suelo pueden adquirirse en una ferretería local. A continuación, tienen previsto desarrollar una MFC basada en el suelo y fabricada con materiales totalmente biodegradables. Ambos diseños evitan las complicadas cadenas de suministro y los minerales conflictivos.
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