El hielo con sal multiplica la generación eléctrica y abre nuevas posibilidades para aplicaciones futuras

Un equipo de investigadores de China y España descubrió algo sorprendente al experimentar con hielo y sal. Tomaron agua y añadieron diferentes cantidades de sal antes de congelarla.

Descubrieron que el hielo salino puede generar una carga eléctrica hasta mil veces más alta que el hielo normal al doblarse, según el estudio que publicaron en Nature Materials.

El experimento consistió en congelar mezclas de agua y sal en distintas proporciones. Después, los científicos, que fueron entrevistados por Infobae, aplicaron fuerza para doblar el hielo y midieron la electricidad que generaba.

El grupo estuvo liderado por Gustau Catalán en el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), en España, junto a Xin Wen y especialistas de la Universidad Xi’an Jiaotong de China.

Observaron que, al aumentar la cantidad de sal, el hielo producía más electricidad. Cuando el hielo tenía un 25% de sal en peso, lograron obtener un resultado mucho mayor al esperado.

La razón de este fenómeno es que la sal forma pequeñas bolsas líquidas alrededor de los cristales de hielo. Cuando el hielo se dobla, esa agua salada se mueve y genera electricidad.

Ese hallazgo es importante porque demuestra que, en lugares fríos donde hay hielo y sal, como los glaciares o ciertas lunas del sistema solar, podría haber formas de aprovechar esta electricidad para alimentar sensores o dispositivos.

Además, el principio demostrado podría ayudar a crear energías más sostenibles en el futuro.

Hielo con sal, una fuente de electricidad inesperada

El hielo cubre cerca del 10% de la superficie de la Tierra. Puede generar electricidad al doblarse, pero el efecto en el hielo puro es tan débil que hasta ahora nunca se había logrado usarlo para alimentar dispositivos.

La propiedad física que explica el efecto es la “flexoelectricidad”. En el caso del hielo sin sal, las cargas eléctricas que se producen no superan entre uno y diez nanoculombios por metro, un valor bajo para uso práctico. El reto era potenciar ese efecto de modo simple.

La respuesta llegó al congelar agua con sal, en especial con un 25% de sal en peso. El resultado fue claro: la carga eléctrica producida por el hielo salado al doblarlo es mil veces mayor que la del hielo regular cuando se lo deforma.

Un método experimental simple y claro

El equipo mezcló agua y sal en diferentes proporciones, congeló la mezcla en barras y usó un aparato especial para doblarlas, con electrodos en los extremos para medir la electricidad.

Las mediciones demostraron que solo el hielo con sal y en altas concentraciones generó señales eléctricas importantes.

El hielo puro, en cambio, casi no produjo corriente. Los controles descartaron errores o interferencias externas.

Precisaron que el hielo con un 25% de sal en peso alcanzó un coeficiente flexoeléctrico de uno a diez microculombios por metro, lo que es mil veces mayor al hielo solo y un millón de veces superior a la sal en solitario.

Un culombio es la unidad estándar de carga eléctrica según el Sistema Internacional de Unidades. El prefijo “micro” indica la millonésima parte (1/1.000.000).

Posibilidades para el futuro

En diálogo con Infobae el doctor Catalan aclaró: “Con respecto a las potenciales aplicaciones de los resultados de nuestro estudio, la primera advertencia es que somos científicos, no ingenieros. Descubrimos cosas y, a veces, sospechamos de forma vaga que podrían ser útiles, pero el camino del descubrimiento al desarrollo de dispositivos es largo e impredecible”.

Aunque aclaró: “Aunque todavía no estamos seguros de las aplicaciones que podría tener, sospechamos que podrían surgir, por eso hemos patentado nuestro descubrimiento”.

El físico también mencionó que el hielo tiene una ventaja. Es extremadamente barato y abundante. “Pero también una desventaja clara: se derrite a las temperaturas en las que vivimos”, resaltó.

Además, “nuestro descubrimiento muestra que al añadir sal al hielo se convierte en un material flexoeléctrico muy eficiente, competitivo incluso con los materiales piezoeléctricos. Sin embargo, la realidad es que incluso los mejores materiales flexoeléctricos y piezoeléctricos son malos generadores de energía, porque se necesita mucho esfuerzo para doblar (flexoelectricidad) o comprimir (piezoelectricidad) un material sólido”.

Por esa razón, "estos materiales se utilizan más como sensores que convierten el movimiento o la deformación mecánica en electricidad. En el caso del hielo, sí podemos pensar en sensores construidos en lugares fríos (Ártico, Antártida, glaciares) que pueden servir para monitorear movimientos en esas zonas", dijo.

Por último —expresó— “el mecanismo de flexoelectricidad de flujo, que demostramos en el hielo salino, depende del microflujo de un líquido con iones a través de un material poroso. En este caso, se trató de agua salada desplazándose a través de los bordes de los granos de hielo. Sin embargo, este mecanismo físico no requiere que el material sea necesariamente hielo, y sospechamos que podría implementarse en otros materiales también”.

El equipo resalta la importancia de seguir investigando: “Se requerirán más estudios para determinar si esta generación de energía puede aplicarse al suministro eléctrico de dispositivos”.

Los resultados tienen varias implicancias para la exploración espacial. La principal es que demuestran que la mezcla de hielo y sal puede generar cargas eléctricas mucho mayores que el hielo puro cuando se deforma. Este fenómeno podría aprovecharse en cuerpos helados donde coexisten hielo y sal, como en las lunas Europa de Júpiter o Encélado de Saturno.

Consultado por Infobae, Joaquín Sacanell, magister en ciencia y tecnología de materiales, doctor en Ciencias Físicas e investigador en el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología, que depende del Conicet y la Comisión Nacional de Energía Atómica, comentó tras leer el estudio en Nature Materials: “El hielo está formado por muchos cristales. Primero, los investigadores habían observado que al deformar el hielo puro, se produce el movimiento de los cristales y acumula carga eléctrica. Produce un efecto que se llama flexo-electricidad”.

Más adelante, los investigadores le pusieron sal al agua. “Ese experimento tuvo un efecto notable: aumenta la producción de voltaje eléctrico en mil veces. Al agregarle sal, que tiene cloro y sodio que tienen diferentes cargas negativas y positivas respectivamente. Las cargas de cloro y sodio se acumulan en los bordes de los cristales del hielo. Con el movimiento, se separan las cargas y genera diferencia de potencial que a su vez produce el voltaje eléctrico", dijo el científico, quien es parte del Departamento de física de la materia condensada de CNEA.

El problema es que no tiene una potencia muy alta. “Se podría usar para obtener pequeñas cantidades de electricidad. Si bien queda mucho por resolver, los resultados del principio podrían servir para usarlo en regiones polares, como el Ártico o en la Antártida. Seguramente este nuevo conocimiento dará lugar a nuevas aplicaciones tecnológicas en el futuro”.