Desarrollan un papel termoeléctrico que transforma el calor en electricidad

Las bacterias son las encargadas de producir este material flexible y resistente, formado de celulosa y de nanotubos de carbono. El dispositivo, reciclable y energéticamente eficiente y sostenible, permite aprovechar el calor residual y transformarlo en electricidad para sensores innovadores. El estudio, en la revista Energy & Environmental Science, lo firman investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC).

Papel termoeléctrico (ICMAB-CSIC).Los materiales termoeléctricos, capaces de transformar el calor en electricidad, son muy prometedores a la hora de convertir el calor residual en energía eléctrica, ya que permiten aprovechar una energía difícilmente utilizable que, de otro modo, se perdería. Alrededor del 60 % del consumo mundial de energía se pierde en forma de calor, tanto en equipos industriales, en el transporte, como en usos domésticos. Si se pudiera aprovechar parte de este calor, independientemente de su uso como calor directamente o transformado en electricidad, se podría aumentar significativamente la eficiencia energética global.

Investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) han creado un nuevo concepto de material termoeléctrico, publicado en la revista Energy & Environmental Science. Se trata de un dispositivo compuesto de celulosa, producida in situ en el laboratorio por unas bacterias, con pequeñas cantidades de un nanomaterial conductor, los nanotubos de carbono, utilizando una estrategia sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

"En vez de fabricar un material para la energía, lo cultivamos", explica Mariano Campoy-Quiles, investigador del estudio. "Las bacterias, dispersas en un medio de cultivo acuoso que contiene azúcar y los nanotubos de carbono, van produciendo las fibras de nanocelulosa que acaban formando el dispositivo, donde quedan incrustados los nanotubos de carbono", continúa Campoy-Quiles.

"Se obtiene un material mecánicamente muy resistente, muy flexible y deformable, gracias a las fibras de celulosa, y con una elevada conductividad eléctrica, gracias a los nanotubos de carbono", explica Anna Laromaine, investigadora del estudio. "La intención es acercarnos al concepto de economía circular, utilizando materiales sostenibles y que no sean tóxicos para el medio ambiente, que se utilicen en poca cantidad, y que se puedan reciclar y reutilizar", explica Anna Roig, investigadora del estudio, "El dispositivo está hecho con materiales sostenibles y reciclables, y con un alto valor añadido", añade.

Roig afirma que, en comparación con otros materiales similares, este "tiene una estabilidad térmica superior a los materiales termoeléctricos basados en polímeros sintéticos, lo que permite llegar hasta los 250 ºC. Además, no utiliza elementos tóxicos, y se puede reciclar fácilmente la celulosa, degradándola mediante un proceso enzimático convirtiéndola en glucosa, recuperando al mismo tiempo los nanotubos de carbono, que son el elemento más costoso del dispositivo". Además, se puede controlar el grosor, el color e incluso la transparencia.

Campoy-Quiles explica que se han utilizado los nanotubos de carbono por un tema de dimensiones: "Gracias a su diámetro nanométrico y a las pocas micras de largo, los nanotubos de carbono permiten, con muy poca cantidad (en algunos casos hasta un 1% ), conseguir que haya percolación eléctrica, es decir, un camino continuo donde las cargas eléctricas puedan viajar a través del material, permitiendo que la celulosa sea conductora". 

Además, el hecho de utilizar una cantidad tan pequeña de nanotubos (hasta un 10 % como máximo), conservando la eficiencia global de un material que tuviera el 100 %, se consigue un ahorro económico y energético muy significativo", añade Campoy-Quiles. "Por otra parte, las dimensiones de los nanotubos de carbono son similares a las nanofibras de celulosa, con lo que se consigue una dispersión homogénea. Además, la inclusión de estos nanomateriales tienen un impacto positivo en las propiedades mecánicas de la celulosa, haciéndola aún más deformable, extensible y resistente", añade Roig.

Estos dispositivos podrían usarse para generar electricidad a partir de calor residual para alimentar sensores en el campo de la Internet de las Cosas, la Agricultura 4.0 o la Industria 4.0. "En un futuro próximo, se podrían utilizar como dispositivos wearables, en aplicaciones médicas o deportivas, por ejemplo. Y si la eficiencia del dispositivo se optimizara aún más, este material podría dar lugar a un aislamiento térmico inteligente, o en sistemas de generación eléctrica híbridos fotovoltaicos-termoeléctricos", explica Campoy-Quiles. Además "debido a la alta flexibilidad de la celulosa y la escalabilidad del proceso, estos dispositivos podrían utilizarse en aplicaciones donde la fuente de calor residual tuviera formas poco regulares o áreas extensas, ya que se podrían recubrir totalmente con este material" indica Roig.

Como la celulosa bacteriana se puede fabricar en casa, tal vez estamos delante del primer paso hacia un nuevo paradigma energético, donde los usuarios se podrán fabricar sus propios generadores eléctricos. Todavía estamos lejos, pero este estudio representa un principio. Por algún sitio hay que empezar.

Este estudio es el resultado de un proyecto interdisciplinario entre diferentes grupos del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) de la convocatoria "Frontier Inderdisciplinary Projects", una de las acciones estratégicas del proyecto de excelencia Severo Ochoa.

Artículo:
Farming thermoelectric paper. Deyaa Abol-Fotouh, Bernhard Dörling, Osnat Zapata-Arteaga, Xabier Rodríguez-Martínez, Andrés Gómez, J. Sebastian Reparaz, Anna Laromaine, Anna Roig and  Mariano Campoy-Quiles. Energy Environ. Sci., 2019, Advance Article. DOI: 10.1039/C8EE03112F

 

Notícia via ICMAB-CSIC.

Literatura y ciencia

concurso literatura de ciencia

El CSIC en el aula

boton csic en el aula

link actividades para profesores

Ciencia ciudadana

atrapatigre

boton observadores del mar

 

 

 

 

Portales divulgación

link a web la ciencia al teu monLogo ICMDivulga-modificado

Ciencia en la calle

Enlace a Raval 6000 anys.

BCNRocks

Revista de I+D

El CSIC con la empresa

boto-cartera-tecnologias

 

 

 

You are here: Home noticias Desarrollan un papel termoeléctrico que transforma el calor en electricidad

Este sitio web utiliza cookies propias y de terceros para su funcionamiento, para mejorar la experiencia del usuario. Para más información sobre las cookies utilizadas consulta nuestra política de cookies. / This site uses our own and third-party cookies to improve and personalise your experience. To find out more about the cookies we use and how to delete them, see our privacy policy.

I accept cookies from this site.
EU Cookie Directive plugin by www.channeldigital.co.uk