Higroelectricidad o energía higroeléctrica
¿Qué es la higroelectricidad?
La higroelectricidad o la energía higroeléctrica es un concepto intrigante en el mundo de las energías renovables del que se ha hablado en los últimos tiempos por algunos avances que se han producido en su investigación.
Se refiere a la generación de electricidad a partir de la humedad o la variación en la humedad ambiental. La clave de esta tecnología radica en los materiales higroeléctricos, los cuales tienen la capacidad de generar una carga eléctrica en respuesta a los cambios en la humedad del entorno.
Estos materiales higroeléctricos son particularmente prometedores en el contexto de la generación de energía renovable, ya que ofrecen una alternativa única a fuentes de energía más convencionales. A diferencia de la energía solar, que depende de la luz del sol, y de la energía eólica, que requiere vientos específicos, la higroelectricidad no está sujeta a las condiciones climáticas. En cambio, aprovecha la humedad presente en el ambiente, lo que la convierte en una opción atractiva en regiones con variaciones climáticas.
El potencial de la higroelectricidad como fuente de energía renovable es motivo de gran interés, especialmente en la Unión Europea. En ésta se están fomentando varios proyectos de investigación dado el compromiso de ésta con la transición energética.
Un ejemplo es el proyecto CATCHER en el programa Horizon. Está en un estado muy inicial pero es una muestra de la búsqueda de distintos tipos de fuentes de energía renovable.
¿Cómo funciona la higroelectricidad?
La higroelectricidad es un fenómeno que se basa en la absorción de moléculas de agua por materiales higroscópicos. Esto resulta en la generación de cargas libres (como protones) y la difusión direccional de portadores de carga bajo la función de una estructura de gradiente en los materiales higroscópicos.
El corazón de esta tecnología reside en los materiales higroscópicos, conocidos por su capacidad de absorber moléculas de agua del aire. Uno de los ejemplos más notables de estos materiales es el óxido de grafeno (GO). Cuando las moléculas de agua se adhieren a la superficie de GO, se crea una diferencia de potencial eléctrico entre el GO y el agua, lo que induce la difusión de protones desde el GO hacia el agua. Este proceso genera una corriente eléctrica que fluye a través de un circuito externo conectado a los electrodos del generador higroeléctrico.
En la siguiente imagen puede observarse dos distintas configuraciones de materiales higroeléctricos para la generación de electricidad:
Fuente: NATURE
Además, la disposición de los electrodos desempeña un papel crucial en el proceso. Puede inducirse una barrera de Schottky en la interfaz entre los electrodos y el material higroscópico, lo que mejora significativamente la eficiencia de generación de energía. Como electrodos se utilizan metales preciosos como el platino, el oro o la plata.
Este fenómeno se basa en principios fundamentales de la física y la química, y su aplicación en generadores higroeléctricos ha llevado a un creciente interés en esta tecnología. A medida que los científicos e ingenieros continúan desarrollando materiales higroscópicos más eficientes y sistemas avanzados de captura y conversión, la higroelectricidad se perfila como una fuente de energía limpia y renovable que podría desempeñar un papel importante en el futuro de la generación de energía sostenible.
Futuro de la higroelectricidad
El futuro de la higroelectricidad en estos momentos es bastante incierto. Se trata de una tecnología en estudio y desarrollo.
La revista Nature compartió un artículo de 2018 en relación a algunos avances prometedores de esta tecnología realizados por investigadores de la Tsinghua University en Bejiing, China (tenéis el enlace en el apartado de Fuentes más abajo).
En este estudio se utilizan distintas configuraciones de capas de óxido de grafeno (GO) con electrodos de oro y plata. En el proceso se absorbe la humedad del aire para generar 1.25-1.52 V en cada celda, pudiéndose obtener unos 18V con 15 celdas dispuestas en serie. Esto, afirman, es un desarrollo sin precedentes en la tecnología.
Obviamente, la energía producida en cada celda es mínima. La corriente generada está en el orden de las decenas de nano-amperios, por lo que la potencia es una milmillonésima parte de un vatio.
Sin duda, el principio es fascinante pero por el momento requiere unos materiales muy caros y no es todavía escalable. Sin embargo, a modo de ejemplo, las celdas fotovoltaicas se empezaron a investigar a mediados del siglo XIX con una célula con selenio y pan de oro. Y actualmente la energía solar fotovoltaica la podemos considerar la energía del futuro.
Solo el tiempo y el interés e inversión en esta tecnología decidirán cómo se desarrolla a gran escala. En el medio plazo podrían conseguirse pequeñas baterías que permitan alimentar dispositivos de IoT, por ejemplo. Aunque será un reto junta esta tecnología que requiere altos niveles de humedad ambiental con otro tipo de dispositivos electrónicos.
