Bioplástico conductor de electricidad para reducir desperdicios

biopolimero 16 2Por Tania Robles

Ciudad de México. 16 de marzo de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- ILOW es una startup veracruzana que pretende romper esquemas al introducir en el mercado y en nuestras vidas cotidianas un bioplástico o biopolímero que tiene la capacidad de conducir la electricidad, lo cual contribuye a bajar el consumo de cobre y generar menores desperdicios ambientales.

Este proyecto resultó ganador del “Reto Todos con el Mismo Chip” que organizó la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), en el cual concursó con otros proyectos de impacto social que hacían uso de la ciencia y la tecnología.

Este desarrollo es un conductor plástico hecho primeramente de materiales reciclados, como envolturas de alimentos chatarra, y del biomaterial desarrollado por ILOW mediante investigación y pruebas. En la primera etapa, este bioconductor solo permitía el encendido de un led con 5 volts, actualmente la conductividad de este material es de 110 volts.

ILOW fue un proyecto incubado dentro de iLab, un espacio en Xalapa, Veracruz, dedicado al emprendimiento e innovación de empresas sostenibles.

Materia prima sustentable

La necesidad de detener la contaminación generada por la chatarra que generan los aparatos electrónicos fue la semilla que creó la idea en los desarrolladores de esta tecnología, los ingenieros bioquímicos Salucita Román Domínguez y José Antonio Villanueva Vázquez, egresados del Instituto Tecnológico Superior de Acayucan (ITSA).

Es un plástico conductor de electricidad 80 por ciento más económico que el cobre. Este desarrollo, un bioconductor, comenzó a ser gestado en febrero de 2015.

“Empezamos este proyecto a partir de un bootcamp en Xalapa, Veracruz. Es un polímero conductor de electricidad. La problemática de mucha basura que se está generando, principalmente de productos electrónicos y eléctricos, nos inspiró. Cada día somos más dependientes de la tecnología, por lo que es necesario realizar nuevas invenciones”, menciona Román Domínguez.

Todos los aparatos ya no funcionales son desechados al final de su vida útil, sin embargo, elementos de los que están conformados contienen productos contaminantes al medio ambiente como el cromo, arsénico, mercurio y cobre, entre otros, con más de 400 años antes de su degradación total. Una característica muy favorable de ILOW es que su degradación ronda entre los tres y los cinco años.

Salucita Roman Dominguez y Jose Antonio Villanueva Vazquez 2El proceso de fabricación de este material se encuentra en proceso de conseguir su licencia de patente. “Como es un producto nuevo y los polímeros conductores no son bien conocidos, planeamos introducirlo en el área de la impresión 3D, un área que no presenta tantas barreras”, comenta Villanueva Vázquez.

Por otro lado, estos jóvenes emprendedores e innovadores buscan abordar a las empresas de electrónicos para otorgarles el licenciamiento de sus materias primas.

Haber entrado al reto de la SCT ocurrió al mismo tiempo que este equipo buscaba fondos y apoyos para llevar a otro nivel el desarrollo y producción de ILOW.

Productos similares a este se encuentran solo en Estados Unidos y China, con la diferencia de que ILOW tiene mayores aplicaciones en la electrónica, el cableado eléctrico por ejemplo de una vivienda, un motor, incluso en productos de la industria aeronáutica y la aeroespacial podría ser aplicado.

Este material permite que un producto disminuya 80 por ciento su precio porque, a diferencia del uso del cobre, por ejemplo, este no pasa por los distintos procesos y manejos antes de ser introducido a la electrónica del aparato, es decir, el proceso de producción de ILOW es menor. Además es 50 por ciento más ligero que el cobre y tiene casi la misma conductividad eléctrica.

Los ingenieros bioquímicos se encuentran en negociaciones para introducir su producto en el mercado y continuar con las pruebas, mejoramiento y reconocimiento del producto ILOW.

¿Harto del ruido de la Ciudad? Úsalo para generar electricidad

  • A diferencia de una celda solar o un sistema eólico, que necesitan convertidores, los sensores piezoeléctricos hacen la conversión automáticamente: en el momento en que captan el ruido, lo convierten en salida eléctrica, explicó Jesús Torres Jurado, estudiante de posgrado de la UNAM.
  • Después del examen profesional empezará los trámites para obtener la patente de un cosechador de energía que produce electricidad a partir del ruido. Espera que a mediados de año ya tenga aplicación real
Jesús Torres Jurado, investigador de la UNAM
Jesús Torres Jurado, investigador de la UNAM

Se parece a un balón de futbol, pero no sirve para jugar. Además, es amigable con el ambiente y no depende de las condiciones climáticas. Es el primer cosechador de energía creado en México para generar electricidad a partir de la captación, por vibración, de ruido urbano o ambiental. Jesús Torres Jurado, creador del prototipo, realiza las últimas pruebas para validar su eficiencia.

Su forma esférica (cubierta de aluminio) está inspirada en el fullereno (estructura atómica de pentágonos y hexágonos). En la parte interna de la superficie lleva adheridos sensores piezoeléctricos para captar el ruido.

“A diferencia de una celda solar o un sistema eólico, que necesitan convertidores, los sensores hacen la conversión de forma automática: en el momento en que captan el ruido, lo convierten en salida eléctrica”, explicó el joven ingeniero.

El funcionamiento se basa en el efecto piezoeléctrico (del griego piezein, “estrujar o apretar”), fenómeno de deformación que ocurre en determinados cristales sintéticos o naturales, como el cuarzo.

“Al ser sometidos a tensiones o esfuerzos mecánicos, comúnmente por compresión, estos cristales sufren una deformación en alguna de sus caras por un juego interno de cargas en sus electrones, lo que da como resultado de la acción mecánica directa sobre ellos una diferencia de potencial (voltaje)”.

De polifluoruro de vinilideno

Los sensores que utiliza Torres Jurado, estudiante del Programa de Maestría y Doctorado en Arquitectura de la UNAM, no son de cuarzo, sino de polifluoruro de vinilideno (PVDF), un polímero termoplástico.

“Algunos se encuentran en las tarjetas de Navidad que al abrirlas empiezan a sonar, pues el efecto piezoeléctrico es reversible; es decir, los sensores pueden funcionar como un micrófono: captan el sonido, sufren presión y producen voltaje; o como una bocina: se les aplica voltaje (las tarjetas traen una pilita) para que reproduzcan una melodía grabada en una memoria”, señaló.

El universitario usa dos: los de disco, que captan el impacto directo (golpe) del ruido, y los de vibración, que hacen registros más precisos y finos. Ambos van intercalados en la esfera y conectados en forma paralela, de modo que si se avería alguno, los demás pueden seguir en funcionamiento.

En forma de esfera

En un inicio, Torres Jurado concibió su cosechador de energía como un pizarrón. Sin embargo, debido a que presentaba algunas desventajas (en un panel plano sólo hay presión en dos direcciones: incidente directo y rebote), lo rediseñó en consideración a la estructura del fullereno.

“Con esta esfera, que funciona como una membrana, se capta directamente el ruido en todas direcciones, incluso por reflejo de la pared y por la vibración del brazo que la sujeta contra ella”, afirmó.

El actual cosechador, que podría ser decorativo, es una estructura completa cubierta con lámina de aluminio para repujado. Los sensores piezoeléctricos se sueldan para colocarlos, con pegamento de silicón, en las caras o gajos, y se cablean internamente.

A continuación, toda la esfera se envuelve con mylar (tela sintética que se usa en rescates, pues mantiene hasta 90 por ciento el calor del cuerpo humano, o en la conservación de alimentos) para protegerla de la intemperie (no permite el paso del agua).

Circuito

El corazón de todo el proyecto es un circuito que contiene un rectificador que procesa la señal y manda el voltaje amplificado a una batería. Fue diseñado por Torres Jurado para recibir 100 milivoltios y, al amplificar la señal, tiene una salida de 3.6 volts. Lo que capta quizá sea poco, pero es constante.

“No es lo mismo tener 1 milivoltio en un momento (un segundo), que constante, durante 12 horas”.

El ruido se captura in situ, se convierte en electricidad (corriente directa) y ésta se consume o almacena en el momento. Sólo habría que rediseñar el típico contacto para tener una toma de corriente directa. Actualmente, el estudiante de posgrado utiliza un adaptador para convertir a corriente directa de valor fijo lo que captan los sensores piezoeléctricos del cosechador de energía.

Al mandar la señal eléctrica de manera directa se desperdicia energía. Por eso, una siguiente etapa del proyecto es recolectarla en una batería o un supercapacitor.

¿Para qué alcanza el cosechador de energía? La meta inmediata del universitario es cargar un teléfono celular con él, aunque está convencido de que puede tener mayor alcance.

“Podría servir para iluminar un pasillo, incluso un edificio de la Unidad de Posgrado de la UNAM. Es cosa de volver a hacer pruebas con otros materiales”, explicó.

Pronto, lo presentará para acreditar la maestría en Arquitectura en el área de Tecnología. Después del examen profesional empezará los trámites para obtener la patente. Espera que a mediados de año ya tenga una aplicación real.

La meta es implementarlo en alguna zona del DF, de acuerdo con el Mapa de Ruido de la Ciudad de México, que se elaboró en la Universidad Autónoma Metropolitana unidad Azcapotzalco. “En todos los túneles del Viaducto y del Circuito Interior se podría captar ruido para iluminarlos”.

Si algún día se cosechara demasiado, se podría pensar en aprovecharlo en el alumbrado público o en casas de familias de escasos recursos que no tienen acceso a la electricidad. “Con esta tecnología no trato de fomentar el ruido en la urbe, sino de aprovechar esa energía sonora que se pierde”, aclaró.

En varias partes del mundo se han puesto en marcha alrededor de 50 proyectos para generar, mediante sensores piezoeléctricos, electricidad a partir del ruido. En Japón se implementó un sistema en los torniquetes del metro para que, en el momento de cruzarlos, los usuarios pisen un tapete con esos sensores y generen electricidad por presión mecánica.

Torre Soundscraper

En Los Ángeles, California, EU, se ha propuesto que la torre Soundscraper –diseñada por los franceses Julien Bourgeois, Olivier Colliez, Savinien de Pizzol, Cédric Dounval y Romain Grouselle– aproveche el ruido de esa urbe para generar electricidad. Esta idea fue desarrollada para la versión 2013 del concurso de rascacielos de la revista eVolo y obtuvo una mención honorífica.

A través de su fachada, la cual estaría rodeada por 84 mil “pestañas” que funcionarían como sensores, la torre podría captar, en función de su intensidad y dirección, el ruido proveniente del tráfico, de la construcción de otros edificios e incluso de los aviones, y transformarlo en electricidad.

Según los creadores del proyecto, la electricidad generada sería capaz de cubrir 10 por ciento de la demanda para el alumbrado público de Los Ángeles, el equivalente a 150 megavatios por hora. Asimismo, este sistema de energía renovable contribuiría a la reducción de las emisiones de dióxido de carbono.

Otro proyecto en México

En México, además del proyecto de Torres Jurado, se lleva a cabo otro en la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. En él, un sensor se flexiona como si fuera un trampolín de clavados; al soltarlo, las deformaciones resultantes se traducen en electricidad, la cual permite encender un led (diodo emisor de luz) y un reproductor MP3, así como cargar una batería AAA y un supercapacitor. Todas las pruebas han sido hechas en laboratorio, es decir, en condiciones controladas.