Españoles crean la primera batería que funciona con sangre

Alexia Columba Jerez

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11/02/2024 a las 10:11h.

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La sed por el litio es un hecho acuciante, pero algunos han escogido un camino alternativo con el desarrollo de baterías de zinc-aire, y la Unión Europea ha puesto el foco en ellas como apuesta de futuro. Y es en este contexto en el que investigadores del Instituto Químico de Energía y Medio Ambiente (IQUEMA) de la Universidad de Córdoba, junto con un equipo de la Universidad Politécnica de Cartagena, se preguntaron por qué no usar como 'ingrediente' clave para esta pila un componente de la sangre humana: la hemoglobina. Es una proteína presente en los glóbulos rojos que transporta el oxígeno desde los pulmones a los tejidos y órganos del cuerpo; y a su vez lleva el dióxido de carbono de vuelta a los pulmones. Usando esta idea se pusieron manos a la obra y crearon la primera batería que usa hemoglobina como catalizador, transformando la energía química en energía eléctrica.

Una propuesta que, a priori, suena bizarra y que sin embargo, con tan solo 0,165 miligramos de hemoglobina ha logrado que la batería funcionase entre 20 y 30 días. Incluso podríamos hablar de «una batería que también podría funcionar directamente con sangre y no solo con uno de sus componentes», explica Manuel Cano Luna, uno de los investigadores del equipo de la UCO. Y apostilla que el prototipo de batería que emplearon para los ensayos en el laboratorio se puede trasladar fácilmente a una pila de botón.

El principio de esta batería, como apunta Cano, se basa principalmente en el elemento del zinc, que es una materia bastante más disponible que el litio y una de las alternativas más sostenibles del mercado. Detalla que normalmente las pilas tienen dos polos, el cátodo y el ánodo. En el ánodo está el zinc y es donde se produce la oxidación, es decir, el zinc metal pasa a óxido de zinc. Para ello, se necesita un catalizador, que facilite o acelere una reacción electroquímica- llamada Reacción de Reducción de Oxígeno (ORR)- provocando que, una vez que el aire entra en la batería, el oxígeno se reduzca y se transforme en agua en una de las partes de la batería. (el cátodo o polo positivo), liberando electrones que pasan a la otra parte de la batería (el ánodo o polo negativo).

«Normalmente para esta labor catalizadora se sintetizan materiales nanoestructurados o se utilizan metales nobles, pero se nos pasó por la cabeza usar un material más biocompatible con el ser humano, una molécula biológica. Y vimos que la hemoglobina catalizaba bien no solo un día, sino que era capaz de mantener esas propiedades durante meses», indica Cano.

«Para ser un buen catalizador en la reacción de reducción de oxígeno, el catalizador debe tener dos propiedades: debe absorber rápidamente moléculas de oxígeno y formar moléculas de agua con relativa facilidad», explicó Cano en un comunicado . «Y la hemoglobina cumplía ambos requisitos».

Y contra todo pronóstico el concepto ha sido exitoso en su prueba de concepto. Ya que cuando uno se plantea utilizar una molécula biológica como componente de una batería, piensa que fuera de su medio natural no sería estable durante mucho tiempo, pero vieron que dándole un pH neutro de 7.4, que es el pH que tiene la sangre, mostraba propiedades con gran potencial.

Cano señala que una vez perfeccionada esta batería se podría usar en marcapasos, que conseguirían ser más autosuficientes, ya que la sangre ayudaría en la generación de corriente eléctrica. Además de en audífonos, en relojes inteligentes que ahora te dan múltiples parámetros de tu cuerpo. Y que cuentan con dispositivos que ayudan a medir los niveles de azúcar en tiempo real. O los que sirven para controlar la bilirrubina en sangre, «es decir para cualquier dispositivo que esté integrado en el cuerpo humano. Y el día de mañana, no solo cuando el móvil sea un brazalete, sino también cuando los móviles sean como una hoja de papel de gruesa. Porque gracias a la tecnología del grafeno, que es un material superconductor y muy delgado, los móviles podrán ser como una pegatina colocada en nuestra muñeca. Y en ese caso estas baterías también podrían ser interesantes», afirma.

Y aclara que si bien para esta pila han usado hemoglobina humana, se podrían emplear proteínas de otros mamíferos. Hemoglobina de cerdo o de cualquier otro animal que se use en alimentación, como una gallina o una vaca. «No tiene por qué ser necesariamente humana», afirma el miembro del equipo de la UCO.

Cano distitngue entre las ventajas propias de este tipo de batería de zinc-aire y la batería con hemoglobina. En el primer caso, los beneficios están en que el zinc es una materia prima fácilmente disponible, barata, reciclable y no contaminante. De hecho, el zinc está presente en muchos alimentos. Otro beneficio es que al trabajar con oxígeno, eso hace que podamos fabricar esta batería en condiciones atmosféricas adversas. No le afectaría la humedad.

Y eso es un valor añadido con respecto a las baterías de ion-litio, porque normalmente estas baterías necesitan atmósferas inertes que supone trabajar en unas cabinas especiales con atmósfera de nitrógeno. Con lo que la infraestructura que habría que desplegar sería menos costosa. Al mismo tiempo, según Cano, la potencia que pueden suministrar este tipo de baterías son competitivas con respecto a las de ion-litio.

Y luego, el uso de hemoglobina, hace que estas baterías sean más biodegradables y más sostenibles, porque, al final el catalizador, es la parte más 'contaminante' de la batería, y esta propuesta subsana ese problema. Unido a que la batería trabaja con un pH neutro, que las hace menos peligrosa y más biocompatible-menos dañina para el ser humano- que cualquier otra alternativa.

El siguiente paso para el equipo de investigadores es hacer que la batería sea recargable. Eso implica dar con otra proteína que haga el proceso contrario a la de la hemoglobina, en lugar de reducir el oxígeno, aquí lo que hacemos es intentar obtener oxígeno del agua. 

Para ello ya están testando varias proteínas. Y la idea es combinar ambas, consiguiendo que la batería dure mucho más tiempo. «La podríamos volver a cargar el mayor número de ciclos posible», afirma Cano.

En suma frente a la escasez de litio, el estudio publicado por este grupo de científicos en la revista Energy & Fuels, que se inspiró en un estudio de la Universidad de Oxford, abre todo un nuevo campo de investigación que se basa en el empleo de moléculas biológicas como componentes de dispositivos electroquímicos de almacenamiento y conversión de energía. «Es la primera batería zinc-aire biológica o biotecnológica que se ha reportado en bibliografía hasta la fecha», indica Cano. Y el sendero andado hasta el momento es muy prometedor.