Un río que baja con fuerza de la montaña, el viento que sopla en lo alto de la sierra, el fuego que calienta una olla con agua. La energía está en cualquier lado. Y el ser humano lleva muchos siglos aprendiendo a recolectarla.
Lo que empezó con molinos y hogueras ha ido evolucionando hacia un nuevo concepto de aprovechamiento energético que quiere impulsar internet de las cosas (IoT). El llamado ‘cosechamiento’ o recolección de energía (del inglés energy harvesting) busca ser la solución definitiva a la autonomía de los dispositivos autónomos e inalámbricos que dan forma a la revolución IoT. Todavía es un concepto experimental a pequeña escala, pero con resultados prometedores.
¿Qué es el energy harvesting?
Todos los sistemas electrónicos necesitan una fuente de energía para funcionar. Esta puede provenir de la red eléctrica, si están fijos, o de una batería, lo habitual en móviles. Sin embargo, las baterías presentan una serie de inconvenientes para ciertos dispositivos. Por ejemplo, las dificultades de recarga y sustitución en sistemas emplazados en lugares de acceso complicado. Así como una serie de desafíos ambientales y relacionados con la disponibilidad de los recursos necesarios.
En este contexto y ante la necesidad de encontrar alternativas limpias que no contribuyan al cambio climático y de mayor independencia energética, el concepto del energy harvesting ha resurgido con fuerza. La idea nació ya en el siglo XIX y se ha venido usando en instalaciones como los parques eólicos y las plantas fotovoltaicas. Aunque su aplicación a pequeña escala todavía está en un terreno experimental.
El cosechamiento de energía engloba una serie de procesos por los cuales la energía se obtiene de fuentes externas en el ambiente para su consumo local y es capturada y almacenada para su uso en pequeños dispositivos autónomos inalámbricos. Combinadas con sistemas eficientes que consuman poca electricidad, estas técnicas de energy harvesting tienen el potencial de reemplazar a las baterías convencionales en miles de millones de dispositivos IoT. Desde sensores ambientales hasta wearables.
Tecnologías de recolección energética
En los últimos años, la investigación científica y la innovación tecnológica alrededor de la recolección energética se ha disparado. Varios estudios señalan que los dispositivos de bajo consumo que priorizan autonomía y durabilidad a otras características pueden alargar su vida útil con este método. Incluso llegar a funcionar sin batería gracias a alguna de las tecnologías de energy harvesting existentes.
Estos avances son también esenciales para mantener el impacto ambiental de la tecnología IoT bajo mínimos en una década en la que se espera un auténtico boom de este tipo de dispositivos. De acuerdo con un estudio de IoT Analytics, 2021 se cerró con 12 200 millones de unidades IoT en uso. En 2025, las conexiones en funcionamiento podrían superar los 27 000 millones. ¿Cuáles son, entonces, estas tecnologías de recolección energética?
Energía fotovoltaica y termoeléctrica
Es, con seguridad, una de las más conocidas. Esta tecnología permite convertir la radiación solar (tanto en interiores como en exteriores) en electricidad utilizando materiales semiconductores. Para maximizar la generación eléctrica, pueden combinarse con sistemas termoeléctricos que aprovechen la diferencia de temperatura creada por el calor residual en la célula solar para generar más energía.
Energía piezoeléctrica
Estas tecnologías transforman la energía mecánica en eléctrica. Generan un pequeño voltaje cada vez que los materiales se deforman mecánicamente. Puede emplearse, por ejemplo, para aprovechar la vibración de los motores o la presión sobre una acera o una carretera para generar cantidades pequeñas de energía suficientes para muchos dispositivos.
Energía cinética
Estas tecnologías de recolección de energía que producen electricidad a partir del movimiento llevan también tiempo entre nosotros. Son, por ejemplo, las utilizadas en algunos relojes de pulsera que funcionan con la energía generada por el movimiento del brazo.
Energía captada de fuentes electromagnéticas o de radio
Estas tecnologías, mediante unas antenas especiales, pueden convertir la energía disponible en las ondas electromagnéticas transmitidas desde multitud de fuentes (televisión, radio, redes móviles) en corriente eléctrica.
Energía del azúcar y biobaterías
Las llamadas biobaterías encajan en un terreno todavía más experimental. Este tipo de tecnologías son capaces de convertir la energía química de plantas, algas y bacterias en energía. Por ejemplo, un grupo de investigación de la Universidad de Saint Louis (Estados Unidos) ha creado enzimas que podrían usarse para generar energía a partir del azúcar en la sangre y alimentar implantes electrónicos, como marcapasos y biosensores.
De cara al futuro a largo plazo, se han propuesto otras tecnologías, como los polímeros electroactivos para el aprovechamiento de la energía piezoeléctrica, los nanogeneradores para alimentar dispositivos sin necesidad de almacenar la energía en ninguna batería y la utilización de las vibraciones del ruido ambiental para generar electricidad. Ninguna de ellas son tecnologías que vayan a solucionar los grandes desafíos energéticos del presente, pero sí pueden dar respuesta a las necesidades energéticas que surjan en un futuro con miles de millones de pequeños dispositivos autónomos conectados.
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