14.09.2021 - Virginia Polytechnic Institute and State University

Energía a base de alimentos (residuos): Investigadores de Virginia Tech descubren un posible método para convertir los residuos de alimentos en baterías

"Esta investigación podría ser una pieza del rompecabezas para resolver los problemas de energía sostenible de las baterías recargables", afirma Haibo Huang, profesor asociado del Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos.

¿Qué tienen en común los corazones de las manzanas, el grano usado y las cáscaras de las nueces? Que algún día podrían servir para alimentar un centro de datos.

Mientras el mundo trabaja para encontrar formas económicas y ecológicas de alimentar estos dispositivos, dos investigadores de Virginia Tech investigan cómo los residuos de alimentos y su biomasa asociada pueden convertirse en baterías recargables.

"Esta investigación podría ser una pieza del rompecabezas para resolver los problemas de energía sostenible de las baterías recargables", afirma el codirector del proyecto, Haibo Huang, profesor asociado del Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida. "La demanda de estas pilas reutilizables se ha disparado y tenemos que encontrar una forma de reducir el impacto medioambiental de las pilas".

La investigación está financiada a través de una subvención de tres años y 450.000 dólares del Programa de Ciencias Fundamentales y Aplicadas del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos con el área prioritaria de bioprocesamiento y bioingeniería. La subvención estará vigente hasta abril de 2023.

Basándose en los resultados preliminares, los investigadores descubrieron que el componente de fibra de los residuos alimentarios era la clave para desarrollar un material de carbono avanzado que pudiera utilizarse como ánodo de batería, el terminal negativo de una pila.

"Nuestro enfoque único de utilizar materiales de carbono derivados de residuos agrícolas para albergar metales alcalinos, como el litio y el sodio, aportará importantes avances al procesamiento de residuos agrícolas y a la tecnología de las baterías", afirmó Feng Lin, profesor asociado del Departamento de Química e investigador principal del proyecto.

Esta investigación hará avanzar la utilización de los residuos agrícolas generados en los sistemas agrícolas para la producción de carbono de valor añadido y, en última instancia, para los dispositivos de almacenamiento de energía".

El equipo utiliza materias primas altamente sintonizables, abundantes y rentables para abordar la necesidad en el campo del almacenamiento de energía. El uso de materiales de carbono derivados de residuos como anfitrión de ánodos metálicos podría reducir significativamente el uso de metales alcalinos por batería.

Encendido de la batería

No hace mucho, Huang y Lin estaban jugando un partido de baloncesto cuando se les ocurrió la idea.

"Pensamos que por qué no convertir los residuos de alimentos en materiales para baterías, ya que hay muchos residuos de alimentos en todo el mundo", explica Huang. "La mayoría de estos residuos se depositan en la basura y luego se envían a los vertederos. Sólo tenemos que resolver la parte de las pilas".

Para fabricar los ánodos de las baterías se utiliza mucho el grafito, un recurso limitado. Los investigadores probaron primero diferentes tipos de material de desecho de alimentos para ver si alguno podía utilizarse para fabricar baterías.

"Como ingeniero de procesamiento de alimentos, puedo modificar la composición de los mismos", dijo Huang. "Podría quitar las proteínas y los lípidos, junto con algunos de los minerales, para ver cómo afecta al rendimiento de la batería".

Los investigadores descubrieron que cuando se eliminaban ciertos compuestos de la ecuación, los compuestos esenciales de la celulosa, las hemicelulosas y la lignina, tras un tratamiento térmico, podían funcionar suficientemente para una batería.

Una manzana al día mantiene alejado al cargador

En los dos últimos años del proyecto, los investigadores seguirán probando los residuos alimentarios convertidos en carbono, con la información del laboratorio para optimizar la ciencia de la batería. El último paso será un análisis económico sobre la viabilidad de la implantación de esta tecnología para garantizar su uso cuando se introduzca en el mercado.

Los usos iniciales previstos de la tecnología son soluciones asequibles de almacenamiento de energía para centros de datos u otras grandes instalaciones de almacenamiento de energía en las que el tamaño de la batería no es un factor importante. A medida que avanzan, los investigadores esperan poder convertir los residuos alimentarios en un carbono que carezca de las impurezas que se experimentan en la actualidad.

"Tenemos la oportunidad de resolver dos problemas urgentes en dos sectores diferentes", dijo Huang. "Ya se destina mucha energía a la producción y el transporte de alimentos en la cadena de suministro de alimentos. Debemos recuperar el valor de los residuos alimentarios. Esta es la oportunidad perfecta, ya que la producción de baterías busca materiales diferentes al carbono tradicional".

Aunque todavía no resuelvan el problema de tener que cambiar las pilas del mando de la televisión, el equipo está ayudando a que la tecnología se acerque a que los residuos de alimentos alimenten los dispositivos que la gente utiliza a diario.

Eso sí, no hay que subestimar el poder de los residuos de manzana, el grano gastado y las cáscaras de nuez.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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