Utilizan hongos para alimentar luces led o relojes digitales de una manera más sostenible

El Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos (IATA) ha desarrollado el primer fotocondensador de alta eficiencia totalmente integrado, capaz de alimentar directamente dispositivos de inteligencia artificial y del Internet de las Cosas (IoT) sin necesidad de baterías y aprovechando las propiedades de los hongos.

Esta institución, perteneciente al centro de excelencia Severo Ochoa y dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), forma parte de un equipo internacional que ha desarrollado este avance.

En concreto, una de las membranas de este dispositivo está compuesta de biopolímeros elaborados por el equipo de investigación del IATA-CSIC a partir de residuos de hongos, utilizando métodos fácilmente escalables a nivel industrial. El avance se publicó en la Royal Society of Chemestry y en la revista Energy & Environmental Science.

Electricidad y almacenamiento en un solo sistema

Un fotocondensador es un dispositivo que capta energía de la luz solar y la almacena directamente, combinando en un solo sistema las funciones de una célula solar y una batería.

El modelo desarrollado en esta investigación en la que participa el CSIC, un dispositivo de tres terminales, combina la conversión de luz en electricidad con el almacenamiento de energía en un solo sistema.

Para ello, integra una célula solar de alta eficiencia, un supercondensador molecularmente diseñado y una membrana ecológica elaborada por el IATA-CSIC a partir de residuos de hongos que actúa como separador en el sistema de almacenamiento.

Led, relojes digitales o sensores

Gracias a esta combinación, el fotocondensador alcanza hasta 0,92 voltios, suficientes para alimentar luces led, relojes digitales o pequeños sensores, y una eficiencia de carga del 18% bajo iluminación interior estándar, superando en 3,5 veces el rendimiento de los módulos comerciales de silicio en esas condiciones.

El sistema ha demostrado ser capaz de alimentar nodos del llamado Internet de las Cosas, pequeños dispositivos conectados entre sí y a internet para intercambiar datos y realizar tareas específicas, todo sin necesidad de baterías.

Este sistema mantiene su funcionamiento durante 72 horas solo con luz ambiental, y ejecuta tareas de inteligencia artificial con gran eficiencia energética. «Este resultado nos acerca al desarrollo de dispositivos inteligentes verdaderamente sostenibles y autónomos», destaca Marina Freitag, investigadora de la Universidad de Newcastle (Reino Unido) que lidera el trabajo.

Dispositivos más sostenibles

El equipo Biofun del grupo de investigación en envases del IATA-CSIC ha fabricado una de las membranas del dispositivo mediante films biobasados elaborados con residuos de hongos comerciales.

«Los films biodegradables que hemos elaborado han sido fundamentales para el excelente rendimiento de este dispositivo», comenta María José Fabra, investigadora del IATA-CSIC, que ha participado en el estudio.

Los fotocondensadores suelen utilizar membranas de polímeros (plásticos) o materiales cerámicos. El uso de membranas fabricadas a partir de residuos de hongos abre nuevas posibilidades para la producción de dispositivos más sostenibles.

Membranas biodegradables

«Estos films presentan claras ventajas frente a las membranas tradicionales en tres aspectos clave: sostenibilidad, adaptabilidad y un rendimiento superior. De hecho, el fotocondensador muestra una mejora significativa en su desempeño al emplear estas membranas biodegradables en lugar de los materiales convencionales», explica Fabra.

Sus autores resumen, de una manera más técnica que  su rendimiento es 3,5 veces superior al de los módulos convencionales de silicio amorfo. Esta innovación elimina la necesidad de reemplazar baterías, allanando el camino para redes IoT autosuficientes y sin mantenimiento».

El equipo del IATA-CSIC investiga habitualmente en el aprovechamiento de residuos agroindustriales para la obtención de nuevos ingredientes y materiales.

Origen de aplicaciones alimentarias

«Aunque nuestra investigación se centra principalmente en aplicaciones alimentarias, la colaboración con otras disciplinas y áreas del conocimiento nos permite avanzar hacia desarrollos innovadores con múltiples aplicaciones, como estos nuevos fotocondensadores», concluye Amparo López, investigadora del IATA y coautora del artículo.

El resultado de este trabajo es fruto de una colaboración internacional y multidisciplinar entre diversos socios. Además del IATA-CSIC, participan la Universidad de Newcastle (Reino Unido), que coordina la innovación en el dispositivo; la Universidad de Roma Tor Vergata y la Universidad de Nápoles (Italia).

Todos ellos lideran la integración de la tecnología avanzada de supercondensadores y el desarrollo teórico del sistema, respectivamente. Además, participan la Universidad Técnica de Munich (Alemania), responsable de la computación del dispositivo; y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza), encargada de la caracterización avanzada del dispositivo.

Biofun

Biofun es un equipo de investigación con formación en química, farmacia, tecnología de alimentos, física, ingeniería y biología que investiga sobre estructuras y componentes alimentarios desde un enfoque multidisciplinar.

Investigan sobre nuevos biopolímeros para aplicaciones alimentarias, evaluándolos como sustitutos de plásticos sintéticos en envasado alimentario, así como explorando su potencial para mejorar las propiedades tecnológicas, nutricionales y funcionales de alimentos.

Centran su actividad en la valorización de residuos o fuentes alternativas con el fin de mejorar la sostenibilidad de la cadena alimentaria y en línea con las políticas de economía circular.