Se ha creado un dispositivo, calificable como batería en algunos aspectos y como célula de combustible en otros, que funciona con azúcar y que posee una notable densidad de energía (la cantidad de energía que puede ser almacenada para un peso dado de la batería). Esto abre las puertas hacia una posible revolución futura en las pilas eléctricas, donde muchas de las hoy más comúnmente usadas se podrían reemplazar por baterías reutilizables más baratas e incluso biodegradables.

Esta llamativa innovación es obra del equipo de Y.H. Percival Zhang, del Instituto Politécnico de Virginia (Virginia Tech) en Blacksburg, Estados Unidos.

Aunque se han desarrollado otras baterías de azúcar, la creada por el equipo de Zhang tiene una densidad de energía un orden de magnitud superior a las otras, permitiendo que funcione más tiempo antes de que necesite ser rellenada.

Dentro de como mucho tres años, la nueva batería de Zhang podría estar alimentando algunos de los teléfonos móviles, tabletas, consolas de videojuegos, y demás aparatos electrónicos portátiles que requieren energía en nuestro mundo tan necesitado de ella.

El azúcar es el compuesto de almacenamiento de energía perfecto en la naturaleza, tal como subraya Zhang. Así que es lógico intentar aprovechar este potencial natural para producir una batería en una forma respetuosa con el medio ambiente.

Sólo en Estados Unidos, se desechan miles de millones de baterías tóxicas cada año, amenazando tanto al medio ambiente como a la salud humana, según la Agencia estadounidense de Protección Ambiental (EPA). El desarrollo de Zhang podría evitar que miles de toneladas de baterías acaben arrojadas en vertederos.

Éste es uno de los muchos éxitos de Zhang basados en usar una serie de enzimas mezcladas entre sí formando combinaciones que no existen en la naturaleza. Entre las ideas innovadoras de Zhang, destaca un método para extraer hidrógeno de una forma económica y respetuosa para el medio ambiente, que puede utilizarse para energizar vehículos.

En su trabajo más reciente, Zhang y sus colegas crearon una vía enzimática sintética, sin parangón en la naturaleza, que se aprovecha de los potenciales electroquímicos del azúcar para generar electricidad en una célula de combustible enzimática. Se emplean enzimas biocatalizadoras de bajo coste como catalizadores, en vez del costoso platino, que se emplea habitualmente en las baterías convencionales.

Como todas las células de combustible, la batería de azúcar combina combustible (en este caso maltodextrina, un polisacárido obtenido a partir de la hidrólisis parcial del almidón) con aire para generar electricidad, así como agua como subproducto principal.

A diferencia de las células de combustible de hidrógeno y de las células de combustible de metanol directo, el uso de este azúcar no entraña riesgo alguno de explosión o de fuego de por sí, y además posee una mayor densidad de energía. Las enzimas y los combustibles utilizados en el dispositivo son biodegradables.

La batería se puede también rellenar y es posible añadirle azúcar en una operación no muy distinta a la de rellenar con tinta un cartucho de impresora.


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Diez veces más rendimiento en la fibra óptica

Se ha descubierto un modo de multiplicar por diez el rendimiento de las fibras ópticas. La solución, simple pero imaginativa, reduce la cantidad de espacio necesario entre los pulsos de luz que transportan los datos, lo que permite un aumento drástico en la capacidad de las fibras ópticas.

Las fibras ópticas transportan los datos en forma de pulsos de luz a través de distancias de miles de kilómetros a velocidades tremendas. Son una de las glorias de la tecnología moderna de telecomunicaciones. Sin embargo, tienen capacidad limitada, debido a que en la fibra hay que alinear los pulsos de luz uno tras otro, separados por una distancia que no puede ser inferior a cierto límite mínimo, a fin de garantizar que las señales no se interfieran entre sí. Esto hace que en la fibra existan espacios vacíos que no se aprovechan para enviar datos.

Desde su aparición en la década de 1970, la capacidad de trasmisión de datos de la fibra óptica se ha incrementado cada cuatro años en un factor de diez, un hecho impulsado por el flujo constante de nuevas tecnologías que se ha mantenido durante bastante tiempo. Sin embargo, en los últimos años se ha llegado a un cuello de botella, y científicos de todo el mundo han estado tratando de salir de él.

El equipo de Luc Thévenaz y Camille Brès, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) en Suiza, ha ideado un método para agrupar más los pulsos en las fibras, sin que ello origine problemas, reduciendo así el espacio entre los pulsos. Su enfoque hace posible el uso de toda la capacidad de una fibra óptica. Esto permitirá aumentar diez veces el rendimiento de los sistemas de telecomunicaciones basados en fibra óptica.


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Electricidad microbiana a partir de aguas residuales

Un equipo interdisciplinario ha creado una nueva  "batería microbiana" que se sirve de bacterias bastante comunes en la naturaleza, a las cuales la evolución ha dotado de una llamativa capacidad: La de producir electricidad cuando "digieren" materia orgánica.

Hace mucho tiempo que se conocía de la existencia de tales microbios, que al evolucionar en ambientes idóneos desarrollaron las características necesarias para generar reacciones químicas con minerales que contienen óxido, a fin de obtener el "combustible" que necesitan para vivir.

Durante el último decenio, algunos grupos de investigación han puesto a prueba varias maneras de usar estos microbios como biogeneradores de electricidad, pero explotar con la debida eficacia esta fuente potencial de energía ha sido todo un desafío.

Los creadores de esta singular batería eléctrica esperan que sea usada en lugares como las plantas depuradoras para tratamiento de aguas residuales, o en labores como descomponer sustancias contaminantes orgánicas en las "zonas muertas" de bastantes lagos y de algunos sectores marinos costeros.

Por el momento, sin embargo, el prototipo a escala con el que se trabaja en el laboratorio es poco más que un frasco con dos electrodos, uno positivo y otro negativo, colocados en el recipiente que contiene aguas residuales.

Dentro de ese frasco, pegado al electrodo negativo como lapas al casco de un barco, un raro tipo de bacteria se da un festín con las partículas de desechos orgánicos presentes en el agua, y produce electricidad que luego es capturada por el electrodo positivo de la batería. De hecho, los microbios proyectan unos zarcillos, a modo de cables eléctricos, por los que son expulsados los electrones que de otro modo se les acumularían peligrosamente.

A medida que estos microbios se nutren de materia orgánica y la convierten en su combustible biológico, sus electrones sobrantes fluyen hacia unos filamentos especiales del sistema, y prosiguen su trayecto hacia el electrodo positivo, hecho de un material que atrae los electrones.

Los ingenieros de la Universidad de Stanford estiman que la batería microbiana puede extraer un 30 por ciento de la energía potencial contenida en las aguas residuales. Aproximadamente de ese mismo orden es la eficiencia con que las mejores células solares disponibles comercialmente convierten la luz solar en electricidad.


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El subsuelo urbano, una inesperada fuente potencial de energía aprovechable

La energía geotérmica natural es una bien conocida fuente de energía. Pero una nueva investigación revela ahora la magnitud de lo que podríamos definir como "energía geotérmica artificial". Desde las aguas del alcantarillado, a las instalaciones del trazado subterráneo ferroviario de metro o tren metropolitano, hay muchas fuentes artificiales de calor en el subsuelo de las ciudades.

El propio efecto de "isla de calor urbana", responsable de que las ciudades sean más calurosas que las áreas rurales periféricas, también contribuye a la acumulación de calor bajo tierra. Las carreteras asfaltadas y otras superficies artificiales o selladas con capas artificiales absorben calor del Sol, y a menudo ese calor persiste bajo tierra hasta bastante tiempo después de que la superficie se refresque como por ejemplo al anochecer.

Los autores de la citada investigación, del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), en Alemania, y el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (también conocido como Escuela Politécnica Federal de Zúrich) han llegado a la conclusión de que el calor del subsuelo urbano puede ser aprovechado para calefacción en invierno, e incluso, con una mayor transformación energética, para alimentar aparatos de aire acondicionado en verano.

En las últimas décadas, las aguas subterráneas en las grandes áreas urbanas, integradas por ciudades adyacentes sin terrenos no urbanizados que las separen, se han estado calentando cada vez más. Por ejemplo, en Karlsruhe, la densidad de flujo térmico medio en los acuíferos del subsuelo era de 759 milivatios por metro cuadrado en 1977. En 2011, se alcanzó una densidad de flujo de calor de 828 milivatios por metro cuadrado. El equipo de Kathrin Menberg, científica del KIT experta en el fenómeno de las islas de calor urbanas, y Philipp Blum, jefe de la División de Ingeniería Geológica del Instituto de Geociencias Aplicadas (AGW por sus siglas en alemán), dependiente del KIT, ha calculado que esta cantidad de calor corresponde a 1 petajulio por año, y que sería suficiente para suministrar calefacción a por lo menos 18.000 hogares en Karlsruhe.

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Nueva clase de cámara para captar imágenes fluorescentes de moléculas

La obtención de imágenes por fluorescencia es el método más utilizado para el análisis de la composición molecular de especímenes biológicos. Las moléculas que se pretende observar, cuando están presentes, pueden ser "marcadas" con una "etiqueta" fluorescente y de este modo se hacen lo bastante visibles.

Esta técnica de alta sensibilidad, que se utiliza en análisis de sangre para detectar células cancerosas y estudiar las reacciones bioquímicas, es muy buena para detectar moléculas presentes en concentraciones extremadamente bajas.



Sin embargo, debido a la muy pequeña cantidad de luz producida por las moléculas fluorescentes, las cámaras con la tecnología actual deben exponerse a esa tenue luz durante períodos prolongados de tiempo, a fin de recolectar suficientes fotones para generar una imagen. Además, estas cámaras suelen leer píxeles individuales de uno en uno para crear una imagen. Estos dos factores limitan la velocidad a la que se generan las imágenes por fluorescencia.

Inspirado por la forma en la que las redes de comunicación inalámbrica usan múltiples frecuencias de radio para comunicarse con múltiples usuarios, el equipo de Bahram Jalali, Eric Diebold, Brandon Buckley, y Daniel R. Gossett, de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), ha desarrollado una nueva técnica de microscopía de alta velocidad que es un orden de magnitud más rápida que las tecnologías actuales para la obtención de imágenes por fluorescencia.

Mientras que las cámaras actuales forman imágenes de muestras fluorescentes píxel por píxel, la cámara creada por el equipo de la UCLA forma una imagen mediante la lectura de una fila completas de píxeles cada vez. Lo hace mediante la codificación de la fluorescencia de cada píxel en una frecuencia de radio diferente.


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