viernes, 30 de septiembre de 2011

Generando electricidad con la respiración.



Pintar un edificio como las Torres Petronas no es algo que se pueda hacer todos los días. Ni siquiera todos los años. Por ello la pintura que se emplee para cubrir sus superficies metálicas expuestas debe ser una que mantenga muy bien el brillo y tenga una notable capacidad anticorrosiva. En este tipo de pinturas el principal componente suele ser un polímero denominado fluoruro de polivinilideno (PVDF). Su estructura es muy sencilla, no es más que unidades repetidas de -CH2-CF2-.

Otra característica interesante del PVDF es que una de las tres fases en la que se presenta (la beta, conformación 100% trans) tiene propiedades piezoeléctricas. La piezoelectricidad es esa característica que tienen algunos materiales de generar electricidad (acumular carga) cuando reciben presión y que nosotros solemos emplear en encendedores de todo tipo. Tenemos entonces un material estable frente a la corrosión, plástico y piezoeléctrico; todo un mundo de posibilidades.

Así lo han entendido los ingenieros que diseñaron el instrumento que lleva la New Horizons para medir la densidad de polvo en las proximidades de Plutón, el Venetia Burney Student Dust Counter, que montaron láminas de PVDF para detectar los impactos de partículas de polvo.

Pero también tiene posibilidades en el mundo médico. Un equipo de investigadores encabezado por Chenglian Sun, de la Universidad de Wisconsin en Madison (EE.UU.), han construido un dispositivo basado en PVDF que convierte el flujo de aire de la respiración humana en electricidad. El dispositivo podría servir como fuente de energía para otros dispositivos médicos implantados, eliminando de esta manera la necesidad de entrar en el quirófano para cambiar las pilas. Sus resultados aparecen en Energy & Enviromental Science.

La respiración podría ser una importante fuente de energía para uso personal, pero tiene dos inconvenientes: la baja velocidad del aire (2 m/s es un valor típico) y que fluctúa. Se ha conseguido recoger parte de esta energía con aparatos con un tamaño reducido pero todavía considerable, del orden de centímetros, y con el gran inconveniente de que necesitan velocidades de flujo claramente superiores a 2 m/s. Por tanto, es necesario reducir el tamaño del dispositivo para aprovechar las velocidades existentes además de que sea flexible y resistente a la corrosión para poder implantarlo en el cuerpo humano. Aquí es donde aparece el PVDF.

Los investigadores diseñaron un dispositivo muy simple, de micras, a base de una lámina de beta-PVDF. La lámina tiene que ser lo suficiente delgada como para que con la baja velocidad del aire entre en resonancia y genere electricidad. De hecho la principal proeza técnica de este trabajo es conseguir disminuir el espesor de la lámina sin que ésta pierda características mecánicas ni piezoeléctricas, lo que hicieron por grabado iónico reactivo (una combinación de grabado seco con grabado químico, como el aguafuerte).


Los investigadores predijeron teóricamente la relación flujo de aire / electricidad generada que comprobaron después con un dispositivo experimental. Las microláminas de beta-PVDF consiguieron generar suficiente electricidad como para mantener el funcionamiento de dispositivos eléctricos pequeños.

Los siguientes pasos están claros, aumentar la eficiencia y comprobar que efectivamente es capaz de hacer funcionar un dispositivo implantado (idealmente in vivo). Por otra parte las posibilidades de esta tecnología para aprovechar la energía mecánica de otros sistemas biológicos en sentido amplio, se nos antojan enormes.  

Referencia:

Sun, C., Shi, J., Bayerl, D., & Wang, X. (2011). PVDF microbelts for harvesting energy from respiration Energy & Environmental Science DOI: 10.1039/C1EE02241E