Residuos de setas para convertir luz en electricidad

Unos científicos han conseguido emplear residuos de setas para un dispositivo que transforma la luz en electricidad de forma más eficiente que mediante los sistemas convencionales.

El logro es obra de un equipo internacional encabezado por Natalie Flores, de la Universidad de Newcastle en el Reino Unido, y en el que ha participado el Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA), centro de excelencia Severo Ochoa dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España.

Este equipo internacional ha desarrollado el primer fotocondensador de alta eficiencia totalmente integrado, capaz de alimentar directamente dispositivos de inteligencia artificial y de la Internet de las Cosas sin necesidad de baterías. Una de las membranas de este dispositivo está compuesta de biopolímeros elaborados por científicos del IATA a partir de residuos de setas, utilizando métodos fácilmente adaptables a la escala industrial.

Un fotocondensador es un dispositivo que capta energía de la luz solar y la almacena directamente, combinando en un solo sistema las funciones de una célula solar y un dispositivo de almacenamiento de energía. El modelo desarrollado en esta investigación, un dispositivo de tres terminales, combina la conversión de luz en electricidad con el almacenamiento de energía en un solo sistema. Para ello, integra una célula solar de alta eficiencia, un supercondensador molecularmente diseñado y una membrana ecológica elaborada por el IATA a partir de residuos de setas que actúa como separador en el sistema de almacenamiento.

Gracias a esta combinación, el fotocondensador alcanza hasta 0,92 voltios, suficientes para alimentar luces LED, relojes digitales o pequeños sensores, y una eficiencia de carga del 18% mediante iluminación interior estándar, superando en 3,5 veces el rendimiento de los módulos comerciales de silicio en esas condiciones. El sistema ha demostrado ser capaz de alimentar nodos de lo que se conoce como “Internet de las Cosas”, que se caracteriza por la actividad de pequeños dispositivos conectados entre sí y a internet para intercambiar datos y realizar tareas específicas, todo sin necesidad de baterías.

Este sistema mantiene su funcionamiento durante 72 horas solo con luz ambiental, y ejecuta tareas de inteligencia artificial con gran eficiencia energética. “Este resultado nos acerca al desarrollo de dispositivos inteligentes verdaderamente sostenibles y autónomos”, destaca Marina Freitag, investigadora de la Universidad de Newcastle (Reino Unido) e integrante del equipo de investigación y desarrollo.

Setas de las que se obtienen films biodegradables. (Foto: CSIC)

Nuevas aplicaciones para los biopolímeros

El equipo BIOFUN del grupo de investigación en envases del IATA ha fabricado una de las membranas del dispositivo mediante films biobasados elaborados con residuos de setas comerciales. “Los films biodegradables que hemos elaborado han sido fundamentales para el excelente rendimiento de este dispositivo”, comenta María José Fabra, investigadora del IATA que ha participado en el estudio.

Los fotocondensadores suelen utilizar membranas de polímeros (plásticos) o materiales cerámicos. El uso de membranas fabricadas a partir de residuos de setas abre nuevas posibilidades para la producción de dispositivos más sostenibles. “Estos films presentan claras ventajas frente a las membranas tradicionales en tres aspectos clave: sostenibilidad, adaptabilidad y un rendimiento superior. De hecho, el fotocondensador muestra una mejora significativa en su desempeño al emplear estas membranas biodegradables en vez de los materiales convencionales”, explica Fabra.

El equipo del IATA investiga habitualmente en el aprovechamiento de residuos agroindustriales para la obtención de nuevos ingredientes y materiales. “Aunque nuestra investigación se centra principalmente en aplicaciones alimentarias, la colaboración con otras disciplinas y áreas del conocimiento nos permite avanzar hacia desarrollos innovadores con múltiples aplicaciones, como estos nuevos fotocondensadores”, concluye Amparo López, investigadora del IATA y coautora del estudio.

El resultado de este trabajo es fruto de una colaboración internacional y multidisciplinar entre diversos socios. Además del IATA y de la Universidad de Newcastle, participan la Universidad de Roma Tor Vergata y la Universidad de Nápoles, ambas en Italia, que lideran la integración de la tecnología avanzada de supercondensadores y el desarrollo teórico del sistema, respectivamente; la Universidad Técnica de Múnich (Alemania), responsable de la computación del dispositivo; y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza), encargada de la caracterización avanzada del dispositivo.

El equipo de investigación y desarrollo expone los detalles técnicos de su innovación en la revista académica Energy & Environmental Science, bajo el título “Unlocking high-performance photocapacitors for edge computing in low-light environments”. (Fuente: CSIC)