El Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA), centro de excelencia Severo Ochoa dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), forma parte de un equipo internacional que ha desarrollado el primer fotocondensador de alta eficiencia totalmente integrado, capaz de alimentar directamente dispositivos de inteligencia artificial y del Internet de las Cosas sin necesidad de baterías. Una de las membranas de este dispositivo está compuesta de biopolímeros elaborados por el equipo de investigación del IATA-CSIC a partir de residuos de setas, utilizando métodos fácilmente escalables a nivel industrial. El avance se publica en la revista Energy & Environmental Science.
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 una batería. 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-CSIC 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% bajo 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 del llamado ‘Internet de las Cosas’, 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) que lidera el trabajo.
Nuevas aplicaciones para los biopolímeros
El equipo BIOFUN del grupo de investigación en envases del IATA-CSIC 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-CSIC 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 lugar de los materiales convencionales”, explica Fabra.
El equipo del IATA-CSIC 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 artículo.
El resultado de este trabajo es fruto de una colaboración internacional y multidisciplinar entre diversos socios. Además del IATA-CSIC, participan la Universidad de Newcastle (Reino Unido), que coordina la innovación en el dispositivo; la Universidad de Roma Tor Vergata y la Universidad de Nápoles (Italia), que lideran la integración de la tecnología avanzada de supercondensadores y el desarrollo teórico del sistema, respectivamente; la Universidad Técnica de Munich (Alemania), responsable de la computación del dispositivo; y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza), encargada de la caracterización avanzada del dispositivo.
