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¿Son los árboles artificiales el futuro de las energías renovables?

En 2007, Eric Henderson observó las hojas en forma de corazón de un redbud susurrar en el viento fuera de su casa en Iowa. Una ráfaga entró, azotando las ramas del árbol, haciendo que las hojas oscilaran en la turbulenta corriente de aire.

"Y eso me hizo pensar", dice.

Henderson, biólogo molecular de la Universidad Estatal de Iowa, comenzó a jugar con la idea de cosechar estas ráfagas aleatorias. "No es el viento el que verá una turbina porque está cerca del suelo y atraviesa pequeños remolinos y remolinos", dice. Pero todavía hay energía allí.

Esto lo inició en una obsesión con las hojas, estudiando sus formas, aerodinámica, oscilaciones a la menor provocación. Reclutó a otros dos investigadores de la universidad, Curtis Mosher y Michael McCloskey, para ayudarlo, y juntos, floreció el concepto del bosque falso. La idea era que al crear hojas de ciertos materiales, podrían cosechar la energía de los tallos de las hojas dobladas.

Todo dependía de un método conocido como piezoeléctrico, que ha existido durante más de un siglo. Descubiertos por Jacques y Pierre Curie en 1880, se han utilizado en una variedad de dispositivos, desde los primeros fonógrafos (donde los piezoeléctricos convirtieron las vibraciones de la aguja en corriente eléctrica) hasta encendedores.

El concepto se basa en la manipulación de materiales que tienen una matriz regular de enlaces covalentes, una conexión química en la que dos átomos comparten electrones. "En un cristal, todos esos [enlaces] están en un estado muy ordenado", dice Henderson. “Si lo aprietas, lo empujas o lo pellizcas, cambia”. Y si se manipula adecuadamente, este desplazamiento de electrones puede generar electricidad.

Los conceptos básicos de la idea de los investigadores eran simples: construir un generador de electricidad en forma de árbol con hojas de plástico que tengan tallos hechos de fluoruro de polivinilideno (PVDF), un tipo de plástico piezoeléctrico. Deja caer el árbol afuera en cualquier región con brisa y cosecha la energía mientras las hojas falsas se mecen de aquí para allá.


Pero, como publicaron recientemente en el Journal PLOS ONE, la situación es mucho más complicada. "Todo suena genial hasta que intentas hacer la física", dice Henderson.

artificial-tree.jpg Las hojas del árbol biomimético, modeladas a partir de las hojas de álamo, dependen de procesos piezoeléctricos para producir electricidad. (Christopher Gannon)

El primer problema son las condiciones necesarias para generar electricidad, explica McCloskey, quien también es autor del artículo. Aunque las hojas se agitan en el viento, supuestamente generando electricidad, la única forma de obtener energía útil es a través de la flexión de los tallos de alta frecuencia, regularmente espaciados, una condición que rara vez se encuentra en la naturaleza.

También resulta que la cantidad de energía producida puede estar relacionada con la rapidez con que se doblan los tallos. Cuando instalaron un ventilador para que sus aspas pudieran golpear la hoja a medida que gira, pudieron encender un LED. Pero, de nuevo, esta no es una situación común en la naturaleza.

También hay algo conocido como capacitancia parásita, explica. Al igual que su homónimo, este fenómeno es similar a una sanguijuela que absorbe la fuerza vital de una criatura desafortunada. Aunque el viento supuestamente puede generar mucha energía a medida que las hojas oscilan, varios efectos parásitos, como el movimiento de la hoja en múltiples direcciones, roban sorbos de esa energía, cancelando efectivamente las cargas eléctricas. Y al final, apenas queda nada.

Para colmo, recoger esos restos de energía está lejos de ser una brisa. Debido a la naturaleza de los materiales, se pierde energía durante la transferencia a una batería. Y aunque podrían cargar una batería pequeña, McCloskey dice que tomaría "una era glacial".

artificial-tree-creators.jpg Curtis Mosher (izquierda), Eric Henderson (centro) y Mike McCloskey (derecha) han ensamblado un prototipo de árbol biomimético que produce electricidad. La tecnología podría atraer a un nicho de mercado en el futuro, según los investigadores. (Christopher Gannon)

Mientras el equipo trabajaba incansablemente para compensar estos problemas, comenzaron a ver a otros persiguiendo la misma idea. Y aunque algunos intentos son mejores que otros, parece haber mucho aire caliente en términos de lo que las personas afirman poder hacer con esta tecnología, según Henderson y McCloskey.

Incluso hay empresas que afirman poder aprovechar esta energía. Uno, llamado SolarBotanic, espera casarse con una ambiciosa combinación de tecnologías energéticas en cada hoja de su árbol falso: energía solar (fotovoltaica), energía térmica (termoeléctrica) y piezoeléctrica. El problema, explica McCloskey, es que en comparación con la energía solar, los piezoeléctricos producen una cantidad minúscula de energía. La compañía fue fundada en 2008. Nueve años después, el bosque falso aún no se ha materializado.

El año pasado, Maanasa Mendu ganó el Desafío de Jóvenes Científicos 2016 con una iteración similar de un árbol falso que produce energía. Pero ella también reconoció las limitaciones de los piezoeléctricos, incorporando células solares flexibles en el dispositivo.

"No creo que sea un mal concepto tener una planta [falsa] o incluso una planta real que esté modificada", dice McCloskey. "Es solo este esquema particular de piezoelectricidad; no creo que vaya a funcionar con los materiales actuales".

Sin embargo, el equipo también está trabajando en otro ángulo: sintetizar un material que imite una proteína que se encuentra en el oído humano y que es crucial para amplificar el sonido. Aunque los detalles que podrían dar sobre el proyecto son limitados debido a revelaciones pendientes de la invención, McCloskey puede decir que el material tiene una eficiencia piezoeléctrica 100, 000 veces mayor que su sistema actual.

Al descartar los métodos actuales de piezoeléctrica, el equipo está un paso en el camino para descubrir la mejor manera de abordar los árboles. Como supuestamente dijo Edison mientras luchaba por desarrollar una batería de almacenamiento: “No he fallado. Acabo de encontrar 10, 000 formas que no funcionarán ".

McCloskey agrega: "Este es uno de esos 10, 000".

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