El entorno natural siempre ha sido una fuente de inspiración para la comunidad investigadora por lo que un equipo del CSIC y BCMaterials, acaba de presentar una batería de flujo con raíz, tallo y hojas, profundamente inspirada en la naturaleza, que imita el transporte de fluidos en las plantas para generar energía eléctrica.
La batería FlowER fue ecodiseñada para cumplir con un ciclo de vida para aplicaciones de agricultura de precisión. El sistema de fluidos a base de papel se basa en la evaporación como principal fuerza de bombeo para empujar los reactivos a través de un par de electrodos de carbono porosos donde tiene lugar la reacción electroquímica.
Consta de dos canales de entrada que actúan como raíces, de las cuales el dispositivo se nutre con especies redox ya disueltas, al igual que las plantas toman agua y nutrientes de su entorno.
El núcleo principal de papel laminado, análogo al tallo de una planta, incluye dos electrodos de carbono poroso conectados por un papel en forma de U que actúa como un puente salino, componentes indispensables para crear una celda galvánica microfluídica sin membrana.
Termina el núcleo con dos canales de salida que transportan el fluido hacia la parte superior del dispositivo. Finalmente, una almohadilla absorbente redondeada en forma de hoja expuesta a la atmósfera sigue absorbiendo la solución mediante la transpiración a través del núcleo.
Actualmente se están utilizando soluciones tecnológicas para abordar los desafíos de las sociedades digitalizadas y garantizar un sistema alimentario resiliente. Al mismo tiempo, los equipos eléctricos y electrónicos de desecho son ahora el flujo de desechos de más rápido crecimiento en todo el mundo, se acumulan en vertederos y generan riesgos considerables para el medio ambiente y la salud humana.
Soluciones sin impacto ambiental
En este contexto, la batería FlowER pretende evidenciar que es posible redefinir las prioridades tecnológicas. Al colocar la sustentabilidad como una prioridad central, se pueden crear soluciones factibles y eficientes mientras se tiene un impacto ambiental neutral o positivo.
Específicamente, concebida y ecodiseñada para seguir el ciclo de vida de los procedimientos agrícolas, la batería FlowER imita los mecanismos de transporte de fluidos de las plantas para mover pasivamente los reactivos a través de una estructura fluídica basada en papel.
Este principio de operación inspirado en la planta permite la creación de una celda de configuración de flujo continuo para la recolección de energía. Debido a los fenómenos de transpiración, se mantiene el flujo colaminar y los reactivos se refrescan en la superficie del electrodo.
Por lo tanto, se evita la necesidad de bombas externas y se superan las limitaciones de tiempo de funcionamiento de las celdas de flujo basadas en capilares.
Se han estudiado los parámetros que afectan al caudal de evaporación y al rendimiento de la batería, lo que lleva a una autonomía energética de hasta cuatro días con la configuración actual .
En última instancia, los resultados obtenidos en las pruebas de germinación y biodegradación aeróbica muestran que la batería FlowER agotada podría desecharse de forma segura o compostarse como residuo agrícola, de forma similar a como una planta vuelve a la naturaleza al final de su ciclo de vida.
Los expertos aseguran que la apuesta por la agricultura de precisión, que gestiona al milímetro los abonos y el agua, es irrenunciable. Y esta batería está especialmente diseñada para ella. La necesidad obliga porque están en juego miles de hectáreas, empleos y más de mil millones de euros de facturación al año.
Una nueva revolución agrícola
Hasta la fecha, la meta de la actividad agrícola se centraba en el rendimiento económico, pero ahora cobra especial trascendencia el elemento ambiental. El caso es que en España ‘sobran’ al año unos 10.000 hectómetros cúbicos de agua, pero la falta de voluntad política para solucionar el asunto del reparto –interconexión de cuencas– obliga a estrujarse las meninges, según los expertos.
Se hace necesario, afirman, afrontar una nueva revolución industrial para la agricultura similar a la que supuso, por ejemplo, la incorporación del riego por goteo en los años ochenta. Máxime cuando el futuro de los travases de agua en España está cada día más complicado por la crisis climática que reducirá las lluvias.
En la Comunidad Valenciana se está realizando una experiencia piloto de telemonitorización de la humedad del suelo. En la subcomarca de El Marquesat, en Valencia, se ha puesto en marcha un proyecto común para la mejora de la gestión de una superficie de aproximadamente 2.000 hectáreas con un preexistente riego localizado.
Mediante un convenio entre doce comunidades relacionadas con el riego, y a través de la instalación de una red de 26 sondas multisensor de tipo capacitivo, se pretende realizar el seguimiento y corrección del estatus hídrico del suelo, resultante de la lluvia y de los riegos y, en consecuencia, ajustar la aplicación del agua a la demanda real de los cultivos.
Los resultados de las tres primeras campañas de riego muestran una importante disminución del consumo de agua en las comunidades gestionadas en función de los datos de las sondas capacitivas, sin que, al parecer, se produzcan disminuciones ni en la producción, ni en la calidad de las cosechas.
Informe de referencia: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ee/d2ee00597b
