Los expertos del MIT construyen una alternativa a las baterías domésticas con cemento • The Register

Investigadores del MIT afirman haber encontrado una nueva forma novedosa de almacenar energía utilizando nada más que cemento, un poco de agua y negro de humo en polvo, una forma cristalina del elemento.

Los materiales pueden combinarse inteligentemente para crear supercondensadores, que a su vez podrían usarse para construir cimientos de casas que almacenen energía, carreteras que podrían cargar vehículos de forma inalámbrica y servir como base para turbinas eólicas y otros sistemas de energía renovable, todo ello manteniendo una sorprendente cantidad de energía, afirma el equipo.

Según un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, 45 metros cúbicos de cemento dopado con negro de humo podrían tener capacidad suficiente para almacenar 10 kilovatios-hora de energía, aproximadamente la cantidad que utiliza un hogar promedio en un día. Un bloque de cemento de ese tamaño mediría unos 3,5 metros por lado y, dependiendo del tamaño de la casa, en teoría el bloque podría almacenar toda la energía que necesitaría una casa aislada de la red que utilice energías renovables.

"Está el material hecho por el hombre más utilizado en el mundo, el cemento, que se combina con negro de humo, que es un material histórico muy conocido; los Rollos del Mar Muerto se escribieron con él", dijo el profesor asociado de Ciencias Civiles y Civiles del MIT. Ingeniería Ambiental, Admir Masic.

"Tienes estos materiales de al menos dos milenios de antigüedad que, cuando los combinas de una manera específica, dan como resultado un nanocompuesto conductor, y ahí es cuando las cosas se ponen realmente interesantes", añadió Masic.

Los condensadores pueden almacenar energía, pero no de la misma forma que las baterías.

Mientras que las baterías dependen de la conversión de energía química en carga electrostática para almacenar y liberar energía, los condensadores almacenan energía en un campo eléctrico entre placas conductoras separadas. Cuanto más perfecto sea el aislante en el espacio entre los dos conductores, más carga (igual pero opuesta) se podrá almacenar en cada conductor. Los supercondensadores, que utilizan membranas permeables a los iones que incluyen grafeno como separador, funcionan de manera similar.

Cuando se conecta a una fuente de electricidad, la energía se almacena en las placas, pero cuando se conecta a una carga, la corriente regresa para generar energía.

La capacidad de un condensador o supercondensador está determinada en gran medida, pero no exclusivamente, por la superficie de sus placas. Los investigadores del MIT explicaron que el material que han explorado tiene una superficie interna excepcionalmente alta gracias a la forma en que interactúan el negro de carbón y el agua.

"Las reacciones de hidratación del cemento en presencia de carbono generan una red de carbono conductora de electrones similar a un fractal que impregna la matriz de cemento que soporta carga", señalan los autores. En esencia, un bloque de este cemento rico en carbono tiene cables de negro de humo altamente conductores que lo atraviesan, lo que aumenta drásticamente el área de superficie y, por lo tanto, la capacidad de almacenamiento.

Masic dijo que a medida que la mezcla cura, el cemento absorbe agua. El negro de humo, que es altamente hidrofóbico, no se puede dispersar de la misma manera, por lo que "el negro de humo se autoensambla formando un cable conductor conectado".

Sólo el tres por ciento de la mezcla tiene que ser negro de humo para que el cemento endurecido actúe como supercondensador, pero los investigadores descubrieron que una mezcla de negro de humo del 10 por ciento parece ser ideal. Más allá de esa proporción, el cemento se vuelve menos estable, algo que no es deseable en un edificio o cimientos. El equipo señala que el uso no estructural podría permitir mayores concentraciones de negro de humo y, por tanto, una mayor capacidad de almacenamiento de energía.

El equipo sólo ha construido una pequeña plataforma de prueba de un voltio utilizando su mezcla de negro de humo, pero tiene planes de ampliarla hasta supercondensadores del mismo tamaño que una batería de automóvil de 12 voltios y, finalmente, hasta el bloque de 45 metros cúbicos.

Además de usarse para almacenar energía, la mezcla también podría usarse para proporcionar calor, aplicando electricidad a la red conductora de carbono encerrada en el cemento, señaló el MIT.

"Existe una enorme necesidad de un gran almacenamiento de energía", señaló Franz-Josef Ulm, profesor de ingeniería civil y medioambiental del MIT y director del centro de sostenibilidad del hormigón del MIT. Ulm, coautor del artículo, explicó que los supercondensadores fabricados con materiales más baratos y abundantes podrían ser de gran ayuda para ayudar al mundo en la transición a la energía renovable y eliminar la necesidad de materiales caros y escasos como el litio.

"Nuestra tecnología es muy prometedora, porque el cemento está en todas partes", afirma Ulm.

El equipo del MIT dijo que su nueva tecnología es fácil de fabricar y escalar, y Ulm dijo a The Register que "la ingeniería comienza ahora" en términos de llevar el producto al mercado. Señaló que el proceso necesita la experiencia de científicos de materiales, ingenieros eléctricos, ingenieros estructurales y arquitectos que trabajen juntos para lograrlo, lo que no es una tarea fácil.

En un plazo de seis a nueve meses, el equipo de Ulm quiere producir el equivalente a una batería de automóvil de 12 V, que, según dijo, serviría como "un ladrillo elemental para almacenar energía en los hogares". Si todo va bien, "el primer prototipo de casa energéticamente independiente podría estar disponible en unos 18 meses", nos comenta Ulm.

Ulm cree que se necesitarán alrededor de tres años de desarrollo para que el cemento negro de humo pueda utilizarse en cimientos para almacenar energía o en la superestructura de turbinas eólicas. Se necesitaría aproximadamente el mismo tiempo para diseñar y construir un punto de carga de vehículos eléctricos sin contacto con el nuevo material, o incluso carreteras construidas con ese material.

"Si esto tiene éxito, se necesitarán 2 o 3 años más de desarrollo para la carga dinámica a lo largo de las autopistas", señaló Ulm. Esto no es del todo descabellado (ya se están planificando pruebas a pequeña escala de carga inductiva de vehículos eléctricos en Alemania y Detroit, Michigan), pero con formas tradicionales de almacenamiento de energía en lugar de supercondensadores de cemento.

En términos más generales, pasará una década hasta que la tecnología pueda implementarse por completo, opinó Ulm. Y eso "siempre que todos los actores" -como la industria de la construcción, los operadores de energía y los reguladores gubernamentales- puedan "unirse".

Dada la hostilidad hacia las iniciativas sobre el cambio climático por parte del establishment político estadounidense, ese podría ser un proceso difícil. ®

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