Parece que cada pocos meses aparece un nuevo teléfono móvil, portátil o tableta tan emocionante que la gente hace cola hasta la esquina para hacerse con él. Aunque la llegada constante de dispositivos nuevos, un poco más avanzados ha hecho que empresas como Apple tengan un enorme éxito, la corta vida útil de estos dispositivos electrónicos perjudica al medioambiente.
Los dispositivos electrónicos modernos están repletos de placas de circuito en las que se sueldan diversos metales y plásticos entre sí. Algunos de estos materiales son tóxicos o se descomponen y producen sustancias tóxicas. Se están realizando esfuerzos para impulsar el reciclaje de los residuos electrónicos, recuperando materiales que puedan reutilizarse y eliminando adecuadamente el resto. Sin embargo, la mayoría de los dispositivos acaba sumándose a las crecientes acumulaciones de residuos electrónicos en los vertederos.
En vez de añadir más basura a estas acumulaciones cada vez mayores, existe la posibilidad de crear dispositivos electrónicos biodegradables. Por eso otros investigadores y yo estamos explorando el campo emergente de la electrónica a base de papel, conocida como «papertrónica». Es flexible, incluso plegable, sostenible, respetuosa con el medioambiente y de bajo coste.
Pero, para que sea verdaderamente ecológica, la papertrónica no puede utilizar baterías tradicionales, fabricadas con metales y ácidos corrosivos, para almacenar y descargar electricidad. Hace poco, mi colega química Omowunmi Sadik y yo desarrollamos una batería de papel reciclable y biodegradable, además de lo bastante fiable como para utilizarla en la práctica. La clave son las bacterias.
Biobaterías flexibles
He desarrollado baterías flexibles, baterías alimentadas por saliva y otras más. Pensé que, si queríamos alimentar dispositivos electrónicos a base de papel, tenía sentido intentar fabricar una batería de papel. Afortunadamente, el papel es un material potencialmente adecuado para las baterías: es flexible, un buen aislante —lo que lo convierte en una buena plataforma para montar componentes electrónicos— y absorbe y libera líquidos con facilidad. Añadimos polímeros, ácido poli(ámico) y poli(dianhídrido piromelítico-p-fenilendiamina) , para mejorar esas propiedades eléctricas.
Después, para almacenar energía en la batería, añadimos bacterias en lugar de los metales y ácidos que reaccionan químicamente para generar electrones. Cuando estas baterías se comercialicen, utilizarán bacterias inocuas para las personas y el medioambiente, contenidas de forma segura para reducir cualquier otra contaminación.
Como el papel es áspero y poroso, las bacterias se adhieren a él y generan su propia energía al descomponer casi cualquier materia orgánica disponible, incluidos materiales vegetales o aguas residuales. Por el momento, preenvasamos el material de origen, aunque también podría obtenerse del medioambiente. Esta reacción química produce electrones. Normalmente, en una reacción bacteriana, esos electrones se unirían al oxígeno, pero hemos diseñado nuestra batería para limitar el oxígeno y sustituirlo por un electrodo; así podemos captar el flujo de electrones y utilizarlo para alimentar dispositivos.
Nos preocupaba que el oxígeno pudiera penetrar en el papel e interrumpir el flujo de electrones entre las bacterias, reduciendo la eficiencia de la batería. Descubrimos que, aunque eso sucede, sus efectos son mínimos. Esto se debe a que muchas células bacterianas están estrechamente adheridas a las fibras del papel y forman una biopelícula de varias capas que protege la reacción química de la mayor parte del oxígeno.
También queríamos una batería que pudiera biodegradarse. Una vez que han terminado de liberar energía, las propias bacterias de la batería pueden descomponer el papel y los polímeros en componentes inocuos. En el agua, nuestra batería se biodegradó fácilmente, sin equipos especiales ni otros microorganismos que ayudaran en el proceso.
Las estructuras de polímero y papel son ligeras, de bajo coste y flexibles. Esa flexibilidad también permite plegar las baterías como una hoja de papel normal o apilarlas unas sobre otras. Así cabe más potencia de batería en espacios más pequeños.
Promesas y oportunidades
La papertrónica puede resultar especialmente útil en zonas remotas con recursos limitados, porque funciona con bacterias capaces de vivir incluso en las condiciones más extremas y descomponer casi cualquier material para producir electrones. Tampoco necesita una red eléctrica bien establecida. Además, aunque las baterías de papel están diseñadas para desecharse después de su uso, sus materiales son reciclables y se pueden fabricar baterías nuevas con papel reciclado.
Por revolucionarias que sean las biobaterías a base de papel para los futuros dispositivos electrónicos, son bastante sencillas de fabricar. Los polímeros y las bacterias pueden mezclarse con el papel mediante procesos de fabricación tradicionales, como la impresión de bobina a bobina y la serigrafía; también se pueden pintar o verter directamente sobre el papel.
A las baterías de papel también se les pueden añadir otros materiales, como metales, semiconductores, aislantes y nanopartículas. Estas y otras sustancias pueden aportar más propiedades y capacidades a los dispositivos a base de papel, abriendo nuevas posibilidades para la próxima generación de dispositivos electrónicos.
