Un genio ourensano: cómo obtener energía haciendo vibrar tus dedos

No es una novedad que los dispositivos electrónicos son cada vez más abundantes y ocupan una parte fundamental de la vida moderna. Toda esa electricidad, no obstante, viene con un coste que tal vez en un futuro no podremos asumir. Al igual que en el debate sobre las energías renovables frente a los combustibles fósiles, urge una solución a las problemáticas y retos que el avance tecnológico plantea. Xabier García Casas, de 25 años y nacido en Ourense, es uno de los investigadores que decidieron afrontar estos desafíos. Tras pasar por el colegio Mestre Vide y el I.E.S. As Lagoas, Xabier decidió estudiar en la Universidad de Sevilla el Doble Grado en Física e Ingenierías Materiales. En la ciudad andaluza cursó también el Máster en ciencia y tecnología en nuevos materiales, donde realizó un Trabajo de Fin de Máster (TFM) con el que ganó el primer premio de la Sociedad Española de Materiales. Y los galardones no quedaron ahí: esta semana ese mismo trabajo obtuvo el primer puesto en la final europea al mejor TFM de la FEMS (Federación Europea de Materiales). En su trabajo, el ourensano realizó una investigación sobre uno de los avances que podría cambiar la microtecnología: los nanogeneradores. GOTAS DE AGUA Y VIBRACIONES Estos dispositivos aprovechan la nanotecnología y los nanomateriales, que trabajan a nivel molecular, para obtener energía eléctrica con la que alimentar la electrónica que nos rodea. ¿Cómo lo hacen? Aprovechando la energía residual que puede pasar desapercibida, como la que emiten las gotas de agua al caer, las vibraciones, o las fluctuaciones de temperatura. El trabajo de García Casas consistió en elaborar un nanogenerador que, utilizando esta energía, permitió alimentar sensores o encender una luz LED solo con la vibración que se genera al golpear con un dedo. Sin embargo Xabier va más allá, y cree que es posible “aplicarlo a una mayor escala; si lo situases en el tejado de una casa, podrías obtener energía suficiente para alimentar aparatos más exigentes”. A pesar de que aplicaciones así todavía se están investigando y están planteadas a largo plazo, algunas novedades ya están desarrolladas. “Se han desarrollado nanogeneradores que pueden trabajar dentro del cuerpo y obtener energía de los pulmones y el diafragma para alimentar, por ejemplo, un marcapasos”, explica Xabier, un avance que evita tener que cambiarlo cada pocos años con una nueva cirugía. No solo se trata de una energía limpia, cuenta el alumno premiado, sino que permite “trabajar en ambientes que no hay acceso a una red electrica, como en medio del desierto”, o alimentar los sensores de las balizas detectoras de tsunamis. ESCASEZ MATERIAL La urgencia por desarrollar esta clase de tecnología nace del problema de que cada vez hay más dispositivos electrónicos en el mundo. No solo se trata de teléfonos o relojes, sino que “ahora todos quieren vestir una camiseta que te mida las pulsaciones del corazón o unas zapatillas que te digan lo rápido que corres”, dice Xabier. Todos estos aparatos precisan energía y recargarse como los teléfonos móviles. La aparición de los nanogeneradores permite evitar el mantenimiento diario de carga, y la sustitución de pilas y baterías a diario. Este hecho ayudaría a reducir la cantidad de basura electrónica que los dispositivos actuales utilizan, ya que el cambio de baterías y pilas a gran escala “no es sostenible a nivel ambiental”. Con el sistema que utilizan los nanogeneradores, se pasaría del desperdicio de materiales a una fuente de energía limpia y residual. Porque la escasez de materiales es otro de los graves problemas que las generaciones futuras podrían enfrentar. “Los materiales que hay en el mundo son los que hay. Cuando no haya litio, no habrá más baterías” resalta Xabier. En su opinión, hay que empezar a plantearse que las cosas no deben gastarse más rápido de lo que se pueden reponer, y aprovechar al máximo los recursos que tenemos. De lo contrario, a largo plazo no podremos continuar con el estilo de vida actual. PROCESOS ELÉCTRICOS Los nanogeneradores son un concepto novedoso: los primeros nacieron en 2012 de la mano del científico chino Zhong Lin Wang. Se basan en aprovechar mecanismos físicos, caminos para generar electricidad. La novedad en el trabajo de Xabier es que se trata del primero en aprovechar dos de estos procesos en un nanogenerador. Estos procesos son la triboelectricidad y la piezoelectricidad. A pesar de que sus nombres pueden asustar, como comenta Xabier, son procesos muy comunes en el día a día. La triboelectricidad es llamada de forma habitual electricidad estática, que se produce al frotar una superficie contra otra. Puede ser un globo contra el cabello, o el calambre que a veces se produce al rozar a otra persona. En esos procesos se genera electricidad estática y, por tanto, se libera energía. La piezoelectricidad se produce cuando deformas un objeto y este libera energía: exactamente lo que sucede cuando presionas un soplete para generar una llama. El trabajo de García Casas mezcla ambos procesos y aplica la nanotecnología. Estructura los materiales a una escala más pequeña que la microscópica “en forma de nanohilos, que son un dispositivo en sí; así tienes miles o millones de dispositivos trabajando a la vez” de forma imperceptible y sostenible. NUEVA HIDROELÉCTRICA La revolución que aportan los nanogeneradores cambian también la forma de entender la hidroeléctrica. Al contrario que el concepto original de esta, los nanogeneradores no precisan un salto de una gran cantidad (caso de las presas, donde se libera un chorro enorme para mover una turbina y generar electricidad). Estos pequeños dispositivos pueden aprovechar la energía del movimiento del agua de otras formas, como con gotas de agua o las mareas. Así, se evitan los impactos medioambientales que suponen la construcción de saltos de agua, y es posible obtener energía del agua sin las limitaciones de estas construcciones. TÉCNICAS PROPIAS DE FÍSICA Y AERONÁUTICA El trabajo de Xabier García Casas para desarrollar los nanogeneradores aprovechó procesos que se aplican en otras áreas científicas. Por ejemplo, para generar las reacciones químicas que su investigación necesitaba, utilizó la luz de un plasma fluorescente. Mediante ese proceso, las reacciones se pueden provocar a temperaturas más bajas de lo habitual, con lo que el gasto energético se redujo. Otra de las técnicas utilizadas fue el marcado láser, que consiste en usar un láser en miniatura pero de gran potencia para controlar el mojado superficial. Se trata de un procesado de materiales gracias al cual consiguió modificar la superficie de los materiales a escala nanométrica para que esta fuese más rugosa. Con ello fue posible comprobar si las gotas de agua se deslizaban de forma adecuada. Esta técnica de tratamiento de superficies no es nueva para Xabier ni exclusiva de este campo. El ourensano la utilizó en proyectos anteriores en el área de la aeronáutica. Con el marcado láser, es posible evitar que el hielo se quede pegado en las alas de los aviones. Haciendo que la superficie de las alas sea más rugosa (a un nivel imperceptible para el ojo humano), consigues que las gotas de agua no se adhieran tan fácilmente, haciendo más difícil que estas se congelen y se forme hielo.