Generación Eléctrica Sin Desperdicio: La Combinación de Sal y Hielo Revela un Método Innovador

Un avance significativo en la recolección de energía renovable ha sido revelado por científicos, quienes han demostrado que la simple mezcla de sal, hielo y la aplicación de tensión mecánica puede generar electricidad sin producir residuos. Los investigadores detallaron sus hallazgos el 15 de septiembre en la prestigiosa revista Nature Materials. El estudio se centra en piezas de hielo salino, con una concentración de sal de aproximadamente el 25 por ciento en peso, moldeadas en forma de cono y de tamaño inferior al de un grano de pimienta negro. Estas pequeñas estructuras son capaces de producir un potencial eléctrico cercano a 1 milivoltio. Es importante destacar que si se agrupan 2,000 de estos conos, el sistema podría generar unos 2 voltios, una cantidad suficiente para encender un pequeño diodo emisor de luz (LED) de color rojo.

El principio físico detrás de esta producción de electricidad es el efecto flexoeléctrico. Este fenómeno ocurre cuando un material sólido genera una carga eléctrica al ser sometido a una deformación mecánica que no es uniforme. Si bien el hielo puro exhibe una capacidad flexoeléctrica muy débil, que algunos asocian con fenómenos atmosféricos como la generación de rayos, la introducción de sal, una impureza común, transforma el hielo en un generador de corriente eléctrica mucho más eficiente.

El físico Xin Wen y su equipo llevaron a cabo esta investigación fundamental. Su metodología implicó congelar agua salada en formas cónicas y de viga, para luego someter estas estructuras de hielo salino a flexión mediante instrumentación especializada, midiendo con precisión la carga eléctrica resultante. Observaron que las configuraciones cónicas demostraron ser más resistentes a las fuerzas aplicadas y, consecuentemente, generaron voltajes superiores. Además, se constató que los conos de menor tamaño respondían con una mayor producción eléctrica inducida por la tensión. Por lo tanto, la organización de estos pequeños conos en matrices presenta un gran potencial para magnificar la potencia obtenida a partir de formaciones de hielo salino.

El mecanismo subyacente se explica por la presencia de capas a nanoescala de salmuera líquida atrapadas entre los granos de hielo. Al doblarse la estructura, se crean gradientes de presión que fuerzan a esta salmuera cargada a desplazarse desde las áreas comprimidas hacia las estiradas. Dado que la salmuera contiene iones cargados positivamente (cationes), su movimiento direccional da lugar a una corriente eléctrica de arrastre. Este efecto flexoeléctrico por arrastre se ve potenciado significativamente por la sal, ya que modifica la microestructura del hielo: reduce el tamaño de los cristales, aumenta el grosor de los canales de salmuera y altera el comportamiento de las moléculas de agua, lo cual mejora las propiedades dieléctricas y el transporte iónico.

A pesar de que la cantidad de electricidad generada actualmente es modesta, este descubrimiento abre la puerta a considerar el hielo salino como una fuente de energía renovable viable en entornos fríos. Podría ser utilizado, por ejemplo, para alimentar sensores o dispositivos que consumen muy poca energía. No obstante, llevar esta tecnología al nivel de cargar aparatos cotidianos presenta desafíos considerables; por ejemplo, para recargar un teléfono inteligente se requeriría un bloque de hielo salino de dimensiones que abarcarían decenas o incluso cientos de metros cuadrados. La investigación actual se enfoca en optimizar la eficiencia y minimizar el impacto ambiental de estos sistemas de aprovechamiento energético basados en hielo.

En resumen, esta nueva comprensión de la flexoelectricidad en el hielo naturalmente salino no solo impulsa el desarrollo de soluciones energéticas sostenibles, sino que también ofrece perspectivas valiosas sobre fenómenos geofísicos. Podría, incluso, informar futuras investigaciones sobre mundos helados dentro de nuestro sistema solar, como Europa o Encélado, donde las superficies están extensamente cubiertas por hielo salino.