El avance del otoño en España viene marcado por la llegada de la borrasca Claudia, que traerá frío, lluvias y fuertes vientos a gran parte del país. Un episodio meteorológico que provocará una disminución en la generación de energía solar, debido a la menor cantidad de radiación solar. Sin embargo, una innovación permite ahora aprovechar la propia lluvia para producir electricidad.

Un grupo de científicos de la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing, en China, han creado W-DEG (Water-integrated Droplet Electricity Generator): un generador flotante de bajo coste que convierte las gotas de lluvia en electricidad.

Las gotas de lluvia, además de una fuente de agua dulce, también transportan energía, ya que al caer llevan velocidad y peso, y al tocar una superficie generan una pequeña electricidad debido a las cargas que se mueven. Los científicos de todo el mundo llevan tiempo investigando formas de convertir ese agua que cae en energía.

Flota sobre el agua

En la actualidad existen materiales especiales que buscan aprovechar la energía de las gotas de lluvia, pero tienen un problema: solamente sirven para generar poca electricidad. A eso se le suma que los generadores tradicionales han mostrado una baja eficiencia, una construcción pesada y un potencial limitado, lo que no ha permitido ampliar su escala.

Los científicos de la universidad china han dado ahora con una solución: un generador de electricidad flotante que utiliza el agua natural como parte esencial de su estructura y produce una alta potencia eléctrica sin necesidad de estructuras fijas ni superficies terrestres.

Pero ¿cómo funciona? En la mayoría de los generadores de electricidad por gotas convencionales, la electricidad se produce cuando las gotas de lluvia golpean una película dieléctrica que se encuentra sobre una base rígida con un electrodo metálico debajo.

En el caso de W-DEG, este nuevo generador elimina las superficies rígidas al flotar directamente sobre el agua, que actúa como base de soporte y electrodo conductor, como explican los científicos en su estudio publicado en la revista National Science Review.

Cuando las gotas de lluvia caen sobre la superficie dieléctrica flotante, las propiedades naturales del agua, como su fuerte tensión superficial e incompresibilidad, proporcionan la estabilidad mecánica necesaria para absorber cada impacto, permitiendo que las gotas se extiendan de manera eficiente.

Los iones del agua actúan como portadores de carga, permitiéndole comportarse como un electrodo fiable. Todo esto permite al dispositivo W-DEG producir voltajes máximos de alrededor de 250 voltios por gota, una cifra que iguala el rendimiento de los diseños tradicionales.

Un diseño flotante que permite, además, reducir el peso total del material en aproximadamente un 80 % y el coste en un 50 % en comparación con los generadores tradicionales. Todo ello al mismo tiempo que mantiene una producción eléctrica similar. Otra de sus claves es que el agua actúa como electrodo estable incluso cuando está contaminada o salada.

Un gran potencial

Los científicos chinos han realizado una serie de pruebas de laboratorio que demostraron que el W-DEG cuenta con una gran escalabilidad. Con un prototipo de 0,3 metros cuadrados lograron alimentar 50 luces LED de forma simultánea y cargar condensadores a voltajes altos útiles en cuestión de minutos.

Unas pruebas que demuestran el potencial de este invento para alimentar pequeños dispositivos electrónicos y sensores inalámbricos. Este prototipo también se ha probado con éxito bajo distintas temperaturas, niveles de salinidad e, incluso, en aguas con residuos biológicos.

A diferencia de muchos dispositivos energéticos que se degradan en entornos hostiles, el generador flotante siguió funcionando de forma estable. Esto se debe a la inercia química de su capa dieléctrica y a la resistencia de su estructura basada en el agua.

Los científicos también añadieron un sistema de drenaje pasivo, formado por unos pequeños orificios, para evitar que el agua acumulada bloquease el impacto de nuevas gotas. Se espera que un mayor desarrollo permita desplegar este invento en lagos, embalses o regiones costeras para generar electricidad renovable sin ocupar valiosos recursos terrestres.

Asimismo, este dispositivo, dado que flota en el agua, se podría usar en diferentes entornos acuáticos para alimentar sistemas de monitorización medioambiental, como pueden ser sensores para la calidad del agua, la contaminación o salinidad. Mientras que en regiones con lluvias frecuentes, podría servir para producir energía complementaria a las redes locales.

Incluso para alimentar aplicaciones fuera de la red. W-DEG podría servir igualmente para dar apoyo a infraestructuras solares y eólicas, especialmente en días nublados o lluviosos, y, al ser fácil de instalar y tener un coste bajo, sería una buena opción para países en desarrollo o regiones con recursos limitados.

Los resultados en laboratorio han sido prometedores, pero los investigadores aún se enfrentan a retos antes de poder implementar su dispositivo a gran escala. Por ejemplo, las gotas de lluvia reales varían en tamaño y velocidad, algo que podría afectar al rendimiento.

Mientras que la integridad de las grandes películas dieléctricas en condiciones dinámicas al aire libre requerirá todavía más ingeniería. Aun así, estas pruebas suponen un paso muy importante para aplicaciones prácticas al demostrar un prototipo duradero, eficiente y escalable.