Es barato y pequeño, pero este innovador dispositivo podría ayudar a alimentar millones de sensores IoT en ciudades y en el medio rural con la brisa más ligera.
La mayoría de las soluciones de energía verde buscan generar grandes cantidades de electricidad para abastecer la demanda en la lucha contra el calentamiento climático. Sin embargo, hay proyectos que buscan aprovechar fuentes de energía renovable más humildes que permitan alimentar sensores y wearables. Si hace poco hablamos de la energía solar nocturna, hoy le toca el turno a la eólica con un aerogenerador que funciona con la más leve brisa. Te damos la bienvenida a la electricidad de las pequeñas cosas, un mundo en el que la más sutil vibración puede aportar energía a un dispositivo.
Los mayores aerogeneradores del mundo se acercan a los doscientos sesenta metros de altura y su producción eléctrica se mide en megavatios. En comparación, el prototipo presentado por los científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur (NTU) es un aerogenerador liliputiense: mide quince centímetros de alto por veinte de ancho y produce doscientos noventa microvatios, De hecho, sus inventores, más que aerogenerador lo llaman cosechador de viento. Pero ¿qué tiene de particular?
En primer lugar, el prototipo de Singapur puede operar con una brisa de apenas dos metros por segundo. Eso equivale a un dos en la escala Beaufort, la clasificación que mide la intensidad del viento en función de sus efectos observables. Para que nos entendamos, es el mínimo para que notemos una brisa en la cara.
En segundo lugar, en la línea de los aerogeneradores sin palas que tratamos hace un tiempo, el prototipo de Singapur se basa en una tecnología parecida. En lugar de utilizar una turbina, recurre a la vibración de sus materiales.
El dispositivo se compone de piezas de bajo coste fabricadas con cobre, aluminio y teflón, junto con un cuerpo de fibra de epoxi. El mecanismo convierte las vibraciones en corriente eléctrica gracias a una pieza alargada con una lámina de aluminio que, a modo de trampolín, vibra con la brisa. Estas vibraciones generan una carga eléctrica en la pieza que se transmite de la lámina de aluminio a la de cobre para generar un efecto triboelétrico.
En los experimentos en el laboratorio, y con una brisa de cuatro metros por segundo, los investigadores comprobaron que el prototipo generaba energía suficiente para encender cuarenta bombillas LED. Esta corriente eléctrica también bastó para alimentar un sensor térmico y enviar datos a un teléfono móvil de forma inalámbrica. El dispositivo cuenta con una batería recargable que almacena energía para momentos en los que el aire está en calma.
El nuevo cosechador de viento está concebido para una era de sensores y dispositivos IoT que, gracias a la tecnología 5G, podrán multiplicarse exponencialmente y comunicarse de forma instantánea. Una de las primeras aplicaciones que han concebido los científicos de la NTU es suministrar energía a sensores instalados en la fachada de edificios en entornos como los barrios periféricos de Singapur, donde el viento suele soplar a una velocidad inferior a 2,5 m/s.
Estos sensores podrían medir aspectos como la temperatura y salud estructura de la fachada, la calidad del aire o la intensidad del viento, entre otros parámetros. Y no solo en las ciudades. Dado que el dispositivo carece de metales pesados o materiales tóxicos, es idóneo para su utilización en sensores instalados en bosques para avisar del peligro de incendio forestales u otras eventualidades. Cuando los equipos lleguen al final de su vida útil, no causarán efectos perniciosos en los bosques.
En los desarrollos de IoT se habla del concepto de sistemas de un billón de sensores para hacer referencia a las redes donde existen infinidad de dispositivos interconectados. En términos ecológicos y logísticos sería una pesadilla que todos ellos se alimentasen con baterías, ya que sería preciso recargarlas o cambiarlas regularmente. La clave para afrontar este reto es emplear tecnologías que cosechen energía para cada uno de esos sensores. Y que lo hagan de forma renovable.
En ese sentido, uno de los avances fundamentales es el uso de nanogeneradores triboeléctricos (TENG, por sus siglas en inglés) que suelen fabricarse con materiales orgánicos. Los primeros desarrollos de estos sistemas eléctricos se anunciaron en el año 2012 y se trata de dispositivos capaces de generar energía transformando vibraciones o presión mecánica en electricidad.
Uno de los últimos ejemplos de esta tecnología proviene de China. Científicos de la Universidad de Fuzhou han anunciado una nueva versión de TENG, en su caso una modalidad que han bautizado como CS-TENG, que aprovecha el viento incluso a velocidades de 2,3 m/s y que ha demostrado su capacidad de alimentar un sensor de calidad del agua.
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