El bambú: una novedosa alternativa para transmitir electricidad

¿Es posible construir una casa sin alambres, tuberías ni cables? Científicos brasileños han desarrollado conectores de bambú capaces de conducir electricidad y líquidos a través de microcanales. La idea es que en el futuro estas vías sean agrupadas y utilizadas en la construcción civil para construir paredes.

Además de reducir el costo de la propiedad, utilizar bambú como materia prima puede hacer que el proceso sea más simple y sostenible.

Con fondos de la Fundación de Apoyo a la Investigación del Estado de Río de Janeiro (Faperj, por sus siglas en portugués), los autores del estudio patentaron la idea en agosto de 2019 y publicaron un artículo sobre el tema en la revista británica Journal Material Chemistry A.

Ahora están pensando en el próximo paso y están empeñados en llevara cabo experimentos con la finalidad de descubrir cómo se pueden transmitir datos a través de estos microcanales naturales.

La idea de analizar las estructuras de bambú surgió cuando el investigador italiano Omar Pandoli, del departamento de química de la Pontificia Universidad Católica de Río de Janeiro (PUC Rio), estaba haciendo una investigación postdoctoral en China hace diez años.

En ese momento, conoció al profesor pionero en el uso de la planta como un elemento de refuerzo ligero y sostenible en la construcción civil y como sustituto del acero.

El profesor le pidió a Omar que intentara llenar los microcanales internos del bambú con algún material a escala nanométrica. La intención era aumentar su durabilidad y hacerla más resistente a los ataques microbianos y a la descomposición natural.

"Quería llenar el bambú con algo que reforzara la estructura sin perder sus características originales. En ese momento, traté de llenarlo con plata, que era lo más barato", dijo.

Durante los experimentos, se dio cuenta de que el bambú, a diferencia de otras plantas estudiadas, tiene microcanales dispuestos en líneas aisladas de forma natural.

Esto hace posible transportar diferentes materiales uno al lado del otro sin que entren en contacto entre sí. Un palo de bambú podría conducir corriente eléctrica y agua, al mismo tiempo, sin que estos se toquen. Lo que puede ser complejo y costoso si se produjera industrialmente, según explica.

Poco a poco, Pandoli comenzó a hacer pruebas químicas en los microcanales por donde pasa normalmente el agua que alimenta la planta. Así pudo identificar que la estructura de estos vasos naturales reacciona bien a otros elementos.

El estudio fue objeto de tres artículos científicos, dos publicados en 2019 y uno en 2020. Pero para aprovechar al máximo la estructura del canal, el investigador italiano necesitaba hacer experimentos a una escala aún menor.

Electricidad inalámbrica

En 2018, Omar Pandoli dio una conferencia en el Laboratorio Nacional de Nanotecnología de Campinas, en el sur de Brasil, donde discutió con otros científicos sobre su estudio y expresó su intención de explorar los microcanales del bambú y sus reacciones orgánicas.

Murilo Santhiago, investigador del Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM), quien se encontraba presente en el lugar, levantó el brazo y preguntó: "¿Has pensado en ponerles materiales conductores a estos canales?".

Su intención era saber si la estructura podría transportar energía eléctrica de un extremo al otro, sin la necesidad de utilizar cables.

Omar respondió que no, pero que podrían asociarse y realizar pruebas. Así fue como unieron fuerzas y, con el apoyo de tres pasantes, hicieron todas las pruebas necesarias para demostrar la efectividad del sistema.

Juntos, los científicos diseñaron paredes en los tubos de bambú utilizando una pintura conductora de electricidad y dejando un espacio para que el microcanal permaneciera vacío.

En el estudio, demostraron que los canales de bambú pueden utilizarse para formar un circuito eléctrico y proporcionar energía capaz de encender un diodo emisor de luz, también conocido como led??, (como se muestra en la imagen de abajo) o cualquier otro dispositivo que necesite corriente eléctrica.

_{Los científicos han demostrado que es posible crear circuitos eléctricos que proporcionen energía inalámbrica en los canales de los bambúes. Foto: DIVULGAÇÃO/ CNPEM}

Uno de los obstáculos encontrados por los científicos para construir paneles inalámbricos en el futuro capaces de conducir electricidad, datos e incluso líquidos, son los nudos que existen en los bambúes.

Cada planta puede tener hasta diez nudos que interrumpen los canales.

Los científicos ahora están trabajando para encontrar una manera de conectar un bambú con otro manteniendo los canales. Según aseguran, ya han identificado posibles formas para lograrlo.

El grupo de investigadores también ha encontrado una forma de calentar y mantener caliente material líquido dentro del conductor.

Esto hace posible programarlo para que el agua entre fría por un lado y salga caliente por otro o incluso permanezca caliente en el sistema, funcionando como un calentador. Este mecanismo podría aplicarse en una ducha, por ejemplo.

En casos como estos, los científicos dicen que los canales pueden ser agrupados para soportar un flujo mayor. También es posible instalar un sensor electroquímico en el canal para evaluar la calidad del agua en tiempo real en una piscina o en un filtro, por ejemplo.

"Creamos una plataforma. Todo lo que necesitas se puede hacer en miniatura. Será posible fabricar una carcasa conductora de un teléfono celular, objetos decorativos, de iluminación y todo tipo de circuitos miniaturizados", detalló Pandoli.

Fácil de sembrar y crece rápido

Los científicos subrayan que Brasil tiene 250 especies de bambú y el estado de Acre tiene el bosque de bambú más grande del mundo. La mayor ventaja de la planta es lo fácil que es sembrarla y lo rápido que crece: algunas especies pueden crecer hasta 1 metro por semana.

_{Esta radiografía muestra un bambú en estado natural (izquierda) y uno con los microcanales pintados (derecha). Foto: DIVULGAÇÃO/ CNPEM}

Los artículos publicados por estos científicos indican que la alta disponibilidad de la biomasa lignocelulósica de bambú permitiría la producción industrial a gran escala de estos dispositivos.

Uno de los argumentos que respaldan esta tesis es que de los nueve millones de hectáreas de bambú plantadas en América Latina, la mitad se encuentra en el estado de Acre.

Pero dicen que actualmente no existe ningún plan industrial para el desarrollo de una economía sostenible capaz de explorar los usos potenciales del bambú para convertirlo en un material con alto valor agregado.

A pesar de la abundancia de bambú en Brasil, la especie utilizada en este estudio es de origen chino, conocida popularmente como bambú dragón o bambú gigante (Dendrocalamus giganteus).

Esta cepa tiene un diámetro de hasta 30 centímetros, pero lo más importante para los científicos son sus paredes, donde se concentran de 20 a 50 microcanales.

Incendios

Las casas de bambú y madera no son una novedad en la construcción civil. Pero el uso de un material altamente inflamable como conductor de electricidad y calor es la principal preocupación de los científicos brasileños.

Por esta razón, otros investigadores ya han comenzado estudios para implementar algo que inhiba la fuente de calor y evite que estos materiales ofrezcan algún riesgo de combustión.

"Tenemos que preservar la vida antes que nada y Brasil está a la vanguardia (...). Necesitamos crear una norma para este tipo de materiales hasta que sea completamente seguro, porque actualmente se degrada y se incendia fácilmente", dijo Omar Pandoli.

Al grupo de científicos le han otorgado cerca de US$110.000 para que realicen la misma investigación con otras tres especies diferentes.

Pandoli confiesa que sueña con que los dispositivos de bambú se utilicen en el futuro como un material didáctico.

"Quiero que sirva para enseñarles a estudiantes lo que es resistencia, corriente o voltaje. Hoy en día, los microreactores de vidrio cuestan hasta US$1.100. Mi objetivo era aprovechar el bajo costo de producción que nos da el bambú para crear una economía básica para escuelas públicas".