Los investigadores se basaron en la estructura de los tallos de las plantas para desarrollar un cemento-hidrogel con propiedades termoeléctricas avanzadas.
- Cemento inspirado en plantas.
- Genera y almacena electricidad con el calor.
- Coeficiente Seebeck récord: −40,5 mV/K.
- Alta eficiencia térmica (ZT = 6,6×10⁻²).
- Estructura multicapa: cemento + hidrogel (PVA).
- Aplicaciones: edificios, carreteras, puentes inteligentes.
- Potencial para ciudades autosuficientes y sostenibles.
Inspirado en tallos de plantas para generar energía
Un equipo de investigación liderado por el profesor Zhou Yang en la Universidad del Sureste (China) ha desarrollado un material de cemento con hidrogel capaz de generar y almacenar electricidad a partir del calor, superando ampliamente los límites conocidos en materiales termoeléctricos a base de cemento. Este avance, publicado recientemente en Science Bulletin, podría revolucionar el papel de las infraestructuras en las ciudades inteligentes, transformándolas en sistemas autosuficientes y energéticamente activos.
La clave del diseño está en imitar la estructura interna de los tallos de las plantas, que presentan capas organizadas que facilitan el transporte de fluidos y nutrientes. Al replicar esta lógica natural en un sistema de capas alternas de cemento y hidrogel de alcohol polivinílico (PVA), los investigadores lograron resolver un problema crítico del cemento tradicional: la baja movilidad iónica.
Alta eficiencia termoeléctrica con diseño biomimético
El material logra un coeficiente Seebeck de −40,5 mV/K y un factor de mérito (ZT) de 6,6×10⁻², lo que representa un salto de diez y seis veces respecto a los valores previos de materiales similares. Estos valores son importantes porque determinan la capacidad de un material para convertir calor en electricidad.
La estructura multicapa facilita la migración de iones hidroxilo (OH⁻) a través del hidrogel, mientras que los iones calcio (Ca²⁺) interactúan más fuertemente en la interfaz con el cemento. Esta diferencia controlada en la movilidad de iones aumenta notablemente el efecto termoeléctrico. Además, esta configuración mejora la resistencia mecánica del material, algo fundamental para su uso en construcciones reales.
Almacenamiento de energía integrado y aplicaciones en infraestructuras inteligentes
Más allá de su capacidad para generar electricidad, el compuesto también almacena energía internamente. Esta propiedad le permite funcionar no solo como generador, sino también como sistema de almacenamiento, lo cual lo hace ideal para infraestructura inteligente, como carreteras, puentes o edificios que puedan alimentar sensores, sistemas de monitoreo o redes inalámbricas sin necesidad de fuentes externas.
Gracias a la abundancia de interfaces en su estructura, se maximizan las interacciones electroquímicas entre los componentes, elevando su desempeño termoeléctrico. La combinación de biomimetismo y funcionalidad energética sugiere un camino prometedor para futuros materiales de construcción autosuficientes.
Potencial de esta tecnología
Este avance tiene un impacto potencial profundo en la sostenibilidad global:
- Reduce la dependencia de combustibles fósiles, aprovechando el calor ambiental o residual.
- Convierte infraestructuras pasivas en fuentes activas de energía, especialmente útiles en ciudades densamente pobladas.
- Disminuye el uso de baterías desechables, al alimentar sensores y dispositivos integrados directamente desde el propio material.
- Alienta una economía circular en la construcción, donde los materiales no solo construyen, sino que también generan y gestionan energía.
- Aporta soluciones al alto impacto ambiental del cemento, uno de los materiales más contaminantes del mundo, al dotarlo de una segunda función ecológica.
Este tipo de tecnología es un paso decisivo hacia ciudades más resilientes, limpias y energéticamente independientes, alineándose con los objetivos de sostenibilidad ambiental y transición energética.
Vía Nature-Inspired Concrete Turns Heat Into Electricity – SynBioBeta
Más información: Bio-inspired thermoelectric cement with interfacial selective immobilization towards self-powered buildings – ScienceDirect
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