Un equipo del CSIC logra financiación europea para una idea rompedora: tendrán que desarrollar nuevos materiales para transformar calor humano en electricidad.
Imagínate que no tuvieras que preocuparte de recargar los dispositivos que te acompañan en el día a día. Auriculares inalámbricos, pulseras que miden la actividad física, relojes, gafas inteligentes y hasta zapatillas… La lista de la tecnología ‘wearable’ cada vez es más amplia. No tener que enchufarlos y que no necesiten cambios de pilas ni de baterías no solo sería un avance relacionado con nuestra propia comodidad, que también, sino con el ahorro energético e incluso con la seguridad personal: que todo funcione cuando debe hacerlo sin que dependa de ti.
Cuando hablamos de nuevas fuentes suministradoras de electricidad o de mejorar la eficiencia energética, es inevitable pensar en grandes proyectos e infraestructuras. Pero ¿y si una de las soluciones estuviera en lo más pequeño? Un sorprendente proyecto español trabaja en esa línea. ¿Cuál es la idea? Aprovechar nuestra propia energía mediante el desarrollo de nanotecnologías que permitan transformar el calor humano en electricidad para recargar los dispositivos. La propuesta es arriesgada, pero factible.
Por eso acaba de obtener financiación europea: una ayuda Advanced Grant que cada año concede el Consejo Europeo de Investigación (ERC) a las iniciativas más audaces. En este caso, está destinada al proyecto ‘POWERbyU: Powering wearable devices by human heat with highly efficient, flexible, bio-inspired generators’ del Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN-CNM-CSIC) y dotada con 2,5 millones de euros para obtener resultados en un plazo de cinco años.
“El cuerpo humano tiene una temperatura de casi 37 °C y normalmente el ambiente es mucho más frío, pongamos que podemos tener unos 25 °C de temperatura ambiental. Esa diferencia entre el calor que desprende una persona y el entorno se puede aprovechar para generar una corriente que podría ser suficiente para cargar algunos dispositivos que llevamos con nosotros, como relojes o audífonos”, explica a Teknautas Marisol Martín, investigadora del IMN-CNM-CSIC y principal responsable de POWERbyU.
En realidad, la aplicación de esta tecnología podría ser muy amplia, pero sería especialmente importante para sensores médicos que tienen que funcionar continuamente. “Un olvido al cargarlo puede ser crucial para el paciente”, destaca. ¿Ya estabas pensando en cargar el móvil con solo llevarlo en el bolsillo? No tan rápido: en el caso de los teléfonos, “necesitaríamos un poco más de energía”, reconoce la experta. Un ‘smartphone’ requiere unos 50 milivoltios y este proyecto se enfoca a cargas de 10 milivoltios, que serían más que suficientes para marcapasos, relojes o auriculares. Aunque parezca una limitación, lo importante es desarrollar esta nueva tecnología, porque luego puede tener otras aplicaciones sorprendentes en el sector textil o incluso para otros sectores como el envasado y la construcción.
¿Cómo pretende este grupo del CSIC transformar el calor humano en electricidad? Técnicamente, serían dispositivos denominados generadores termoeléctricos flexibles (TEG). Se trata de semiconductores tipo p y tipo n conectados eléctricamente en serie y térmicamente en paralelo. Esto se traduce en que, al haber una diferencia de calor entre nuestro cuerpo y su entorno, los electrones pueden generar una corriente eléctrica. Si este sistema es eficiente a temperatura ambiente, sería suficiente para cargar los dispositivos.
La clave será un nuevo polímero
Sin embargo, no es un reto sencillo. El principal escollo está en el desarrollo de un nuevo tipo de polímero, es decir, un compuesto químico que está formado por grandes moléculas que se crean por la unión repetitiva de otras más pequeñas. Los polímeros se encuentran habitualmente en materiales plásticos o en fibras textiles y algunos investigadores ya han intentado utilizarlos con el mismo fin que el equipo de Marisol Martín, como sustrato donde colocar semiconductores. Sin embargo, son malos conductores térmicos y el resultado es que la mayor parte del calor se pierde. Por eso, “queremos desarrollar nuevos polímeros que sean térmicamente muy eficientes, actualmente no existen, y necesitamos que sean flexibles, pero capaces de conducir el calor como queremos”, explica.
La idea es ordenar las moléculas (cadenas poliméricas) de tal forma que se comporten de una manera muy parecida a como lo hace el grafeno. “El grafeno es un gran conductor de calor y las cadenas poliméricas se parecen en el sentido de que son átomos de carbono conectados. Si las ordenamos como deseamos, generaremos el sustrato flexible adecuado”, explica. Gracias a técnicas que han perfeccionado en el laboratorio en los últimos años, pueden depositar sobre ese sustrato los materiales semiconductores y ensamblarlos de manera que, con la diferencia térmica entre nuestro cuerpo y el entorno, se pueda generar la corriente eléctrica. En definitiva, estaremos ante “un nuevo tipo de polímero y un nuevo tipo de material”, destaca.
Otra cuestión es dónde hay que colocarlo para que recoja el calor del cuerpo humano. Todo depende del uso concreto que pretendamos dar a esta tecnología, pero la idea es que el material esté en contacto con la piel. Si el objetivo es cargar un reloj, solo habría que sustituir la pulsera normal por otra fabricada con estos nuevos componentes. En otros casos, habría que echarle más imaginación, pero siempre se puede encontrar una solución cómoda. Por ejemplo, “si queremos cargar un audífono, podríamos usar una gorra”, comenta Marisol Martín González. Por otra parte, al margen de la generación de pequeñas cantidades de energía, el desarrollo de estos nuevos materiales podría aprovecharse para otras utilidades.
“Los polímeros que existen en la actualidad son aislantes térmicos, pero si creamos un polímero nuevo que sea buen conductor, podríamos utilizarlo en la ropa para disipar el calor“, afirma. Esta innovación podría tener salida en textiles deportivos o en otro tipo de prendas de uso en interiores para ahorrar aire acondicionado en verano. El mismo principio se podría aplicar a ciertos envases, al campo de la microelectrónica o incluso en una escala muy diferente: “Si aplicamos el mismo sistema al revestimiento de la pared de un edificio, el material expulsará el calor en verano”.
De hecho, si todo va bien, el desarrollo de los nuevos materiales en los laboratorios del CSIC se podría escalar rápidamente: “Estoy convencida de que la idea funcionará y el siguiente paso será montar una ‘spin-off’ para fabricarlos”, comenta Marisol Martín. Conseguir una ayuda Advanced Grant no está al alcance de cualquier grupo de investigación y va a suponer un salto espectacular para su equipo, que podrá ampliarse con una decena de contratos. “Apuestan por ideas rompedoras, novedosas, que no las ha hecho nadie”, pero que “implican un alto riesgo porque podrían no funcionar”, reconoce.
Del tubo de escape al grifo de cerveza
No obstante, hay que contar con el aval de la experiencia y en este caso les sobra. Esta investigadora ha disfrutado ya de una ayuda ERC Starting Grants, que durante seis años le ha permitido avanzar en el estudio de la generación de energía en ámbitos diferentes a los habituales, especialmente a escala nanométrica. “Dentro de la nanotecnología aparecen un montón de propiedades físicas nuevas, así que podemos hacer cosas distintas y luego tratar de aplicarlas a la macroescala, en dispositivos reales”, destaca.
De hecho, ya han desarrollado una idea muy parecida a la que van a poner en marcha ahora, pero con un objetivo diferente: en lugar de aprovechar el calor humano para generar energía destinada a pequeños dispositivos personales, se trataba de utilizar el calor que desprenden los tubos de escape de los coches para generar electricidad para el propio vehículo. “Utilizamos nanopartículas y la clave también está en la diferencia térmica”, pero en este caso mucho más acusada, ya que un tubo de escape puede llegar a los 600 °C. Otro proyecto muy diferente, pero no menos llamativo, tiene que ver con los grifos de cerveza congelados de los bares.
“El problema es que hay dos sistemas diferentes, uno para enfriar la cerveza y otro para escarchar el propio grifo. Esto implica tener dos refrigeradores grandes bajo la barra, pero nosotros hemos diseñado nuevos dispositivos que permitían enfriar el grifo ahorrándose uno de los refrigeradores”, comenta. Si logran sus objetivos, seguirán aplicando la tecnología más avanzada a los usos más cotidianos.