Proyecto CATCHER: aprovechar la electricidad de la humedad del aire para impulsar el futuro verde de la UE
Investigadores europeos están convirtiendo la humedad atmosférica en electricidad limpia mediante la higroelectricidad. Con financiación de la UE, el proyecto CATCHER impulsa paneles basados en óxido de circonio que podrían alimentar edificios y ayudar a lograr la neutralidad climática para 2050.
La investigación europea amplía las opciones de energía limpia y refuerza el objetivo de la UE de alcanzar la neutralidad climática para 2050.
As the European Union strives for climate neutrality by mid-century, a mother-and-son-team is helping to tackle a potential hurdle: the limited number of renewable-energy sources driving the EU's shift away from fossil fuels. Andriy Lyubchyk is a partner in the CATCHER project, which aims to expand a clean-energy mix by perfecting the conversion of atmospheric humidity into electricity.Old dream
La técnica consiste en capturar las pequeñas cargas de electricidad estática contenidas en las moléculas de agua gaseosa, que son ubicuas en la atmósfera. El proceso se conoce como higroelectricidad o electricidad de la humedad.
«Con esta nueva fuente de energía renovable, creemos que aumentaremos drásticamente la eficiencia y las posibilidades de la transición hacia la energía verde», dijo Lyubchyk, director ejecutivo de la empresa emergente portuguesa Cascatachuva Lda. También es ingeniero químico en la Lusophone University of Humanities and Technologies de Lisboa, Portugal.
A principios del siglo XX, el inventor serbioestadounidense Nikola Tesla soñaba con aprovechar la energía del aire. Realizó una serie de experimentos tratando de capturar cargas eléctricas de la atmósfera y transformarlas en corriente eléctrica.
Desde la época de Tesla, los científicos han aprendido más sobre cómo se forma y se libera la electricidad en la atmósfera, y descubrieron que el vapor de agua puede transportar una carga eléctrica.
Este conocimiento podría ser un impulso para la UE, que obtiene alrededor del 22 % de su energía de fuentes renovables. Está en camino de endurecer el objetivo de finales de la década para dichas fuentes, que también incluyen la energía hidroeléctrica, hasta el 45 %.
Sin embargo, para que Europa sea climáticamente neutra para 2050, las renovables tendrán que desempeñar un papel aún mayor, y la higroelectricidad daría a la UE más opciones en su búsqueda por abandonar el petróleo, el gas natural y el carbón.
Nueva tecnología
Financiado por el programa Pathfinder del Consejo Europeo de Innovación, CATCHER reúne a ocho socios de seis países de Europa para explorar esa posibilidad.
Aunque la idea general pueda ser la misma, la tecnología concreta utilizada por CATCHER es muy diferente a la de Tesla. El proyecto utiliza celdas similares a paneles hechas de óxido de circonio —un material cristalino duro— para capturar energía de la humedad atmosférica.
El óxido de circonio es un material cerámico ampliamente utilizado para cosas como implantes dentales, materiales avanzados similares al vidrio, electrónica y revestimiento para barras de combustible nuclear.
Cuando exploraban las propiedades de nanomateriales hechos de óxido de circonio hace siete años, los investigadores comenzaron a ver evidencia de higroelectricidad, según Svitlana Lyubchik, quien coordina CATCHER y es la madre de Andriy Lyubchyk.
Al igual que él, ella es ingeniera química en la Lusophone University. Emprendieron diversas iniciativas para tratar de explotar este potencial.
Los investigadores están ahora en el punto en que una placa de 8 por 5 centímetros de su material puede generar alrededor de 0,9 voltios en un laboratorio con una humedad de aproximadamente el 50 %. Esto es comparable a la potencia de salida de media batería AA.
Trabajando para hacer más eficiente su material higroeléctrico, el equipo espera que, una vez perfeccionadas, las celdas puedan capturar la misma cantidad de electricidad que celdas fotovoltaicas de tamaño similar.
Los investigadores también creen que las celdas se desplegarán de manera similar a los paneles solares, ya sea como granjas de electricidad a gran escala o como fuente de energía para edificios individuales.
Estados estacionarios
Las celdas se crean produciendo nanopartículas muy pequeñas y uniformes de óxido de circonio y luego comprimiéndolas en una lámina de material con una estructura similar en todo su interior, incluida una serie de canales o capilares.
La nanoestructura genera campos eléctricos dentro de los capilares que separan la carga de las moléculas de agua absorbidas de la atmósfera, según Andriy Lyubchyk.
El resultado es una cascada de procesos fisicoquímicos, físicos y electrofísicos que capturan la energía eléctrica.
En un aspecto, la nueva tecnología tendrá una ventaja sobre la energía solar y eólica. Mientras que los paneles y las turbinas deben colocarse para capturar la luz solar y el viento, las celdas de higroelectricidad no necesitan una ubicación particular porque existe poca variación en los niveles de humedad local.
Dicho esto, las celdas de higroelectricidad no serán necesariamente una opción en todas partes porque requieren niveles mínimos de humedad para funcionar.
«Por ejemplo, si fuera hace menos 15 grados, todo está congelado, no habrá agua en el aire», dijo Andriy Lyubchyk.
Solución para el techo
También es coordinador, junto con su madre, del proyecto SSHARE financiado por la UE, que trabaja en una aplicación del mundo real incorporando celdas de higroelectricidad en un sistema de calefacción y refrigeración.
«Combinamos ambas tecnologías y las hacemos autosuficientes», dijo Andriy Lyubchyk.
El sistema de calefacción y refrigeración se basa en un panel radiante avanzado que puede montarse en el techo de una habitación.
Unas tuberías de agua perforadas pasan por encima del panel y le suministran agua caliente o fría, según si el objetivo es calentar o enfriar la habitación. Luego, el panel irradia calor hacia la habitación —o absorbe calor de ella— a través de la humedad atmosférica, de manera muy similar a como la piel puede emitir calor mediante la transpiración.
El sistema debería ser capaz de alimentar las bombas que hacen circular el agua utilizando higroelectricidad generada por el paso de vapor de agua hacia dentro y hacia fuera del panel.
El sistema de calefacción autosuficiente destaca cómo la higroelectricidad puede ayudar a impulsar la transición energética hacia cero emisiones netas, según los investigadores.
«Podemos contribuir a la política de la UE en términos de independencia energética», dijo Svitlana Lyubchik.
Originally published in Horizon MagazineImage credit: jplenio1 / Freepik.Tags: hygroelectricity, CATCHER project EU, zirconium oxide electricity, humidity to electricity, Andriy Lyubchyk, Svitlana Lyubchik, green energy innovation, Pathfinder Programme, EU net-zero 2050, humidity-powered heating