Desde la década de 1950, los satélites han monitoreado patrones meteorológicos, cosechas y rivales geopolíticos capturando las ondas de luz que se reflejan sobre la superficie terrestre. Sin embargo, las imágenes satelitales son incoherentes y borrosas, comprometidas por la cobertura de nubes, las condiciones de luz y la distancia. Además, la mayoría de los satélites en el espacio actualmente capturan solo la luz en el espectro visible y tal vez algunas longitudes de onda en el espectro del infrarrojo.

En 2021, la empresa Pixxel de Awais Ahmed lanzó el primer satélite hiperespectral demostrativo, capaz de capturar imágenes orbitales en más de 150 longitudes de onda del espectro visible e infrarrojo, para uso comercial y público. Diferentes moléculas reflejan la luz en longitudes de onda distintas, llamadas firmas espectrales, y al capturar un conjunto más completo de longitudes de onda, dice Ahmed, de 25 años, los satélites de Pixxel pueden proporcionar hasta 10 veces más información sobre la superficie terrestre que los satélites actuales. Por ejemplo, podremos conocer la salud interna de los cultivos o recoger información molecular sobre las capas de nieve que podrían revelar cuestiones clave relacionadas con el cambio climático.

Pixxel lanzó otros dos satélites hiperespectrales en 2022 y la empresa está trabajando para utilizar los datos hiperespectrales para construir «un sistema de monitoreo de la salud del planeta». La actual clientela de Pixxel incluye operadores de los sectores agrícola y minero que utilizan los datos hiperespectrales para monitorear los cambios en el suelo y la biodiversidad. Ahmed prevé hacer algunos de los datos de Pixxel de código abierto y proporcionar acceso gratuito a laboratorios seleccionados de investigación sobre el clima.

por Tate Ryan-Mosley

12 de septiembre de 2023

Cada año, millones de toneladas de aluminio terminan en vertederos. Para Peter Godart, de 30 años, esto es un desperdicio no solo de material útil, sino también de energía.

Al igual que los combustibles que hoy en día alimentan nuestro mundo, el aluminio puede liberar energía cuando sufre reacciones químicas. Godart quiere aprovechar la energía de los desechos de aluminio como una alternativa más limpia para la industria pesada. Para ello, inventó un proceso químico capaz de separar el aluminio combinándolo con agua. El proceso produce calor e hidrógeno, que pueden ser utilizados como fuentes de energía.

En 2022, Godart fundó una empresa llamada Found Energy para llevar su invención al mercado. La startup pretende colaborar con los productores de aluminio, quienes podrán aprovechar la energía recuperada de los desechos de aluminio para alimentar parte de sus actividades.

La visión de Godart es establecer un nuevo método de reciclaje del aluminio y transformar el metal en un combustible sostenible utilizado en todos los sectores industriales. Un metro cúbico de aluminio contiene el doble de energía en comparación con la misma cantidad de gasóleo. Esto podría convertir al metal en un candidato para alimentar barcos de larga distancia o procesos industriales que actualmente requieren mucha energía.

por Casey Crownhart

12 de septiembre de 2023

Tongchao Liu, de 32 años, ha desarrollado baterías de litio que pueden recargarse más veces que las tecnologías anteriores y tienen un costo menor. Dado que la duración y el costo de las baterías son los principales obstáculos para la movilidad eléctrica, su trabajo podría contribuir a garantizar una mayor difusión de los vehículos eléctricos.

Mejorar la duración de las baterías, es decir, el número de veces que se pueden cargar y descargar antes de que dejen de funcionar, es un desafío importante. Sorprendentemente, los investigadores no han logrado ponerse de acuerdo sobre las causas que provocan el mal funcionamiento de las baterías.

Liu, asistente químico en el Argonne National Laboratory de Estados Unidos, respondió a esta pregunta construyendo un nuevo sistema de diagnóstico. El sistema unificó varias teorías determinando que la mayoría de los fallos en las baterías de litio ocurren en el cátodo, el electrodo desde el cual sale la corriente, y se deben a una tensión física debido a la expansión y contracción de las partes internas del cátodo durante cada ciclo de carga y descarga.

Luego, Liu inventó una nueva estructura para el cátodo, utilizando un material llamado perovskita, que es capaz de resistir mejor estas tensiones. Esta innovación triplicó la duración de las baterías con las que trabajó, redujo el costo de fabricación en aproximadamente un 25% y eliminó la necesidad de utilizar cobalto. El cobalto, ampliamente utilizado en las baterías de litio actuales, se extrae principalmente en la República Democrática del Congo y en Rusia, donde los trabajadores son explotados y los costos ambientales son considerables.

El descubrimiento de Liu ha despertado el interés de empresas comerciales, especialmente interesadas en reducir el uso de cobalto. Sin embargo, sus ambiciones a largo plazo incluyen eliminar la necesidad de otros elementos problemáticos, como el níquel, e inventar sistemas químicos para baterías completamente nuevas, inmunes a las tensiones físicas.

por Russ Juskalian

12 de septiembre de 2023

Yayuan Liu, de 31 años, está trabajando para crear dispositivos modulares para la captura de carbono que no se basan en el calor. La captura de dióxido de carbono atrapado en el aire o liberado durante la producción en fábricas es una parte cada vez más importante de nuestra respuesta al cambio climático. Sin embargo, los mecanismos termoquímicos utilizados hoy en día requieren que la mayoría de las fábricas comerciales con instalaciones de captura de carbono operen a gran escala las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Y a veces, incluso consumen combustibles fósiles para generar el calor necesario.

Liu, en cambio, está desarrollando nuevos métodos que hacen que la captura de carbono sea más accesible y respetuosa con el clima, reemplazando los mecanismos térmicos por reacciones electroquímicas, de modo que el dióxido de carbono pueda ser disociado y liberado a temperaturas normales y en una escala mucho más reducida.

Su visión es que «en el futuro, cada familia tendrá un pequeño dispositivo de captura de carbono con el cual podrá gestionar sus propias emisiones de CO2», dice Liu. Ha desarrollado 20 nuevas moléculas a base de nitrógeno que pueden ser utilizadas para capturar el dióxido de carbono, algunas de las cuales alcanzan una eficiencia casi perfecta.

Encontrar moléculas válidas es solo el primer paso. Para convertir pronto las moléculas en dispositivos prácticos, Liu está aventurándose más allá de la electroquímica, su campo de especialización, y está liderando un grupo de investigación interdisciplinario que abarca ingeniería, ciencia de materiales y biología.

por Zeyi Yang

12 de septiembre de 2023

David Mackanic, de 30 años, está abriendo nuevas posibilidades en el campo de la electrónica construyendo baterías que pueden doblarse y flexionarse.

Las baterías de iones de litio, que alimentan la mayoría de los dispositivos electrónicos de consumo, tienden a ser rígidas y voluminosas, limitando considerablemente el diseño y funcionamiento de los nuevos productos. Una parte importante del problema radica en el electrolito, la parte química de la batería que permite el paso de la carga eléctrica entre dos terminales. La mayoría de los electrolitos están compuestos por líquidos altamente combustibles, lo que significa que las baterías de iones de litio necesitan una carcasa protectora pesada para evitar que se incendien.

Como fundador de Anthro Energy, una startup de Silicon Valley, Mackanic cree tener una mejor solución que desarrolló como estudiante de doctorado en Stanford: un electrolito hecho de un polímero sintético. Mientras que los electrolitos poliméricos del pasado eran frágiles o poco conductivos, el suyo es lo suficientemente robusto como para doblarse sin inhibir el rendimiento. Dado que el polímero no es inflamable, las baterías fabricadas con él no requieren una carcasa rígida y pueden integrarse más fácilmente en los dispositivos que alimentan. «Es posible diseñar los dispositivos integrados con ellas, en lugar de alrededor de ellas», afirma Mackanic.

Anthro Energy, que Mackanic lanzó en 2021, está colaborando con varias empresas para probar sus baterías en una variedad de dispositivos electrónicos, incluidos dispositivos portátiles, auriculares de realidad virtual y vehículos eléctricos. Mackanic cree que, a largo plazo, su producto podría mejorar la autonomía de los vehículos eléctricos en un 30%, permitiendo a los fabricantes de automóviles colocar más celdas de batería en una cantidad fija de espacio.

por Jonathan W. Rosen

12 de septiembre de 2023

Los propulsores, una clase de los llamados materiales energéticos, se utilizan para lanzar cohetes, hacer abrir los airbags o disparar proyectiles y granadas de alto calibre.

Las empresas los producen comúnmente mezclando combustibles, oxidantes y otros materiales en una pasta que se vierte en un molde y se polimeriza. Pero Monique McClain, de 29 años, asistente en el departamento de ingeniería mecánica de la Universidad Purdue, está desarrollando formas de perfeccionar el rendimiento de los propulsores produciéndolos a través de un nuevo método: la impresión 3D.

El proceso de fabricación línea por línea promete hacer posibles materiales energéticos con nuevas formas, capas de grano más fino o composiciones diferentes.

Este método podría ofrecer un mayor control sobre la sensibilidad de los propulsores a la detonación, la forma en que queman con el tiempo, la densidad energética y otras propiedades que influyen en el empuje o la trayectoria. Técnicas similares también podrían mejorar el rendimiento de los explosivos, utilizados para demoliciones, minas y bombas militares.

La fabricación de estos materiales es, obviamente, peligrosa. Requiere un control cuidadoso de la presión, la temperatura y las condiciones en las que opera el proceso. También es difícil empujar sustancias espesas, pegajosas y similares a la arcilla a través de los diminutos chorros de una impresora 3D. Debido a estas y otras dificultades, hasta ahora el método ha sido en su mayoría limitado a materiales con una densidad energética relativamente baja, lo que significa menos potencia explosiva o propulsora.

Pero McClain ha ayudado a hacer avanzar el campo de diversas maneras. Fue una de las primeras en aplicar una técnica emergente que implica la vibración rápida de las boquillas de una impresora 3D para extruir más rápidamente estas sustancias viscosas. Esto le permitió imprimir propulsores sólidos para cohetes con una mayor densidad energética. McClain también ha desarrollado nuevas técnicas para evaluar las características de los materiales obtenidos.

El Laboratorio de Investigación del Ejército del Departamento de Defensa de Estados Unidos y varios laboratorios nacionales estadounidenses están utilizando o evaluando próximamente algunas de estas técnicas. La autora no puede comentar los detalles de este trabajo. Pero afirma que los métodos en los que está contribuyendo podrían proporcionar un mayor control sobre la velocidad de aceleración de los cohetes o su distancia, o extender el alcance de otros proyectiles.

por James Temple

12 de septiembre de 2023

Los propulsores, una clase de los llamados materiales energéticos, se utilizan para lanzar cohetes, hacer abrir los airbags o disparar proyectiles y granadas de alto calibre.

Las empresas los producen comúnmente mezclando combustibles, oxidantes y otros materiales en una pasta que se vierte en un molde y se polimeriza. Pero Monique McClain, de 29 años, asistente en el departamento de ingeniería mecánica de la Universidad Purdue, está desarrollando formas de perfeccionar el rendimiento de los propulsores produciéndolos a través de un nuevo método: la impresión 3D.

El proceso de fabricación línea por línea promete hacer posibles materiales energéticos con nuevas formas, capas de grano más fino o composiciones diferentes.

Este método podría ofrecer un mayor control sobre la sensibilidad de los propulsores a la detonación, la forma en que queman con el tiempo, la densidad energética y otras propiedades que influyen en el empuje o la trayectoria. Técnicas similares también podrían mejorar el rendimiento de los explosivos, utilizados para demoliciones, minas y bombas militares.

La fabricación de estos materiales es, obviamente, peligrosa. Requiere un control cuidadoso de la presión, la temperatura y las condiciones en las que opera el proceso. También es difícil empujar sustancias espesas, pegajosas y similares a la arcilla a través de los diminutos chorros de una impresora 3D. Debido a estas y otras dificultades, hasta ahora el método ha sido en su mayoría limitado a materiales con una densidad energética relativamente baja, lo que significa menos potencia explosiva o propulsora.

Pero McClain ha ayudado a hacer avanzar el campo de diversas maneras. Fue una de las primeras en aplicar una técnica emergente que implica la vibración rápida de las boquillas de una impresora 3D para extruir más rápidamente estas sustancias viscosas. Esto le permitió imprimir propulsores sólidos para cohetes con una mayor densidad energética. McClain también ha desarrollado nuevas técnicas para evaluar las características de los materiales obtenidos.

El Laboratorio de Investigación del Ejército del Departamento de Defensa de Estados Unidos y varios laboratorios nacionales estadounidenses están utilizando o evaluando próximamente algunas de estas técnicas. La autora no puede comentar los detalles de este trabajo. Pero afirma que los métodos en los que está contribuyendo podrían proporcionar un mayor control sobre la velocidad de aceleración de los cohetes o su distancia, o extender el alcance de otros proyectiles.

por James Temple

12 de septiembre de 2023

Abordar el aumento de las emisiones de dióxido de carbono podría ser el problema más urgente de nuestro tiempo. Stafford Sheehan, de 34 años, cree haber encontrado una forma no solo de reducir tales emisiones, sino también de capturar el dióxido de carbono existente y convertirlo en un producto comercial útil.

Co-fundador y CTO de Air Company, Sheehan ha desarrollado un proceso para convertir el dióxido de carbono en alcohol. Así como las plantas utilizan la fotosíntesis para transformar el dióxido de carbono y el agua en azúcares y oxígeno, la tecnología propietaria de Air Company combina el dióxido de carbono con el gas hidrógeno y un catalizador. El compuesto líquido resultante contiene alcoholes que pueden separarse por destilación. Actualmente, Air Company comercializa colonias de lujo y vodka producidos con su alcohol. Pero el verdadero objetivo, dice Stafford, es descarbonizar el sector de la aviación transformando el alcohol en un combustible sostenible para aviones a reacción.

La Agencia Internacional de la Energía estima que la aviación produce actualmente más del 2% de todas las emisiones de carbono relacionadas con la energía.

Actualmente, para producir un litro de combustible, Air Company necesita aproximadamente 12 kilovatios-hora de electricidad, es decir, aproximadamente el doble de la energía contenida en el producto final. Air Company compra certificados de energía renovable para compensar la electricidad consumida en este proceso. La empresa tiene actualmente un contrato con el ejército y espera vender combustible para aviones a pequeña escala en los próximos años.

“Lo que se haga en el laboratorio no importa. La mayoría de las tecnologías no mueren en la fase inicial de prueba de concepto, sino en la fase de ampliación”, dice Stafford. “Hemos demostrado que podemos hacer funcionar nuestros reactores a escalas relevantes para las tecnologías químicas industriales”.

por Kathryn Miles

12 de septiembre de 2023

El transporte es una de las industrias más contaminantes del mundo, con aproximadamente el 15% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. Los vehículos eléctricos reducirán estas emisiones en las próximas décadas, pero las baterías no pueden almacenar suficiente energía para alimentar los vehículos utilizados en otras formas de tránsito global, como los camiones y los barcos transoceánicos.

Young Suk Jo, de 34 años, ha encontrado una posible solución en una sustancia química improbable: el amoníaco. Amogy, una startup que Jo co-fundó en 2020, está construyendo sistemas capaces de utilizar el amoníaco, típicamente un componente de los fertilizantes, como combustible para alimentar camiones y barcos.

Una de las características más interesantes del amoníaco es su densidad energética, es decir, la capacidad de almacenar mucha energía en un espacio relativamente pequeño. El amoníaco líquido puede transportar una cantidad de energía aproximadamente tres veces superior a la del hidrógeno comprimido, uno de los principales combustibles limpios.

Para Amogy, la clave para utilizar el amoníaco en el transporte es su separación. Una de las tecnologías principales del sistema de conversión del amoníaco en energía es un reactor químico llamado cracker. Este reactor descompone el amoníaco en nitrógeno, que puede ser liberado de manera segura en la atmósfera, e hidrógeno. El hidrógeno puede luego utilizarse en una celda de combustible para producir electricidad. El cracking del amoníaco no es un proceso nuevo, pero Jo y sus co-inventores han desarrollado un catalizador químico que puede ayudar a que la reacción funcione a una temperatura más baja, lo que permite el proceso a bordo de los vehículos. El equipo también ha desarrollado un reactor que puede funcionar de manera más eficiente que el estándar actual, transformando aproximadamente el 40% de la energía contenida en el amoníaco en electricidad.

por Casey Crownhart

12 de septiembre de 2023