Energía osmótica: cómo crear energía limpia con agua, sal y una membrana de 3 átomos de espesor

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Agua y SalImage copyrightTHINKSTOCK
Image captionEn la naturaleza hay agua y sal abundantes y cómo se relacionan ambas puede ser la fuente de energía renovable.

Energía eléctrica puede ser generada de manera natural cuando el agua dulce entra en contacto con el agua salada a través de una membrana durante lo que se conoce como ósmosis.

El concepto es relativamentesencillo: una membrana semipermeable separa dos líquidos con diferentes concentraciones de sal y los iones de sal atraviesan la membrana hasta ambas concentraciones se equilibran.

Y como un ion es básicamente un átomo con carga eléctrica el movimiento de los iones podría ser utilizado paragenerar electricidad.

Pero ahora investigadores del Laboratorio de Biología Nanométrica de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza (EPFL), también han desarrollado un sistema de generación de energía osmótica de una eficiencia sin precedentes.

Gráfica explicando el proceso de osmosis a través de una membrana de tres átomos de espesor.Image copyrightNATURE
Image captionEn el experimento, soluciones de agua con diferentes concentraciones de sal se separaron por una membrana de MoS2 de 3 átomos de espesor. Un flujo de iones, en su mayoría positivos pasan por el nanoporo de carga negativa. (Gráfica: Revista Nature)

La innovación se basa en una membrana de apenas tres átomos de espesor que separa a los dos fluidos y el estudio fue publicado en la revista Nature.

El potencial se abre para que el sistema pueda ser utilizado en las desembocaduras de los ríos del mundo -donde su agua dulce entra en contacto con la salinidad del mar- para generar una abundante fuente de energía limpia.

El secreto está en la membrana

El sistema de EPFL consiste en dos compartimentos llenos de líquido que están separados por una membrana ultradelgada hecha de disulfuro de molibdeno(MoS2).

La membrana tiene un pequeñísimo agujero, o nanoporo, a través del cual los iones del agua de mar pasan al agua dulce, hasta que las concentraciones de sal en ambos líquidos se igualan.

BombillosImage copyrightGETTY IMAGES
Image captionUna membrada de un metro cuadrado podría generar suficiente energía para iluminar 50.000 bombillas modernas

A medida que los iones atraviesan el nanoporo, sus electrones son transferidos a un electrodo que se usa para generar la corriente eléctrica.

Entre más delgada sea la membrana, se produce más corriente. Y la de EPFL tiene un espesor de tres átomos, que es lo que destaca este sistema.

Las propiedades del material MoS2 son ideales para permitir que los iones de carga positiva pasen mientras rechaza la mayoría de los de carga negativa.

Eso crea voltaje entre ambos líquidos, a medida que uno acumula carga positiva y el otro acumula carga negativa. Este voltaje es lo que causa el flujo de la corriente generada por el paso de los iones.

“Primero tuvimos que fabricar y luego investigar el tamaño óptimo del nanoporo”, dijo Jiandong Feng, principal autor de la investigación.

“Si era muy grande, dejaría pasar iones negativos, resultando en un voltaje muy bajo. Si era muy pequeño, no podrían pasar suficientes iones y la corriente sería muy débil”.

Gran potencial

Según los cálculos de los investigadores, el potencial del nuevo sistema es inmenso.

Una membrada de un metro cuadrado, con 30% de su superficie cubierta en nanoporos debería generar 1 megavatio de electricidad; suficiente energía para iluminar 50.000 bombillasmodernas.

EstuarioImage copyrightTHINKSTOCK
Image captionLos estuarios y las desembocaduras de los ríos en el mar se podrían convertir en gran generadores de energía limpia.

Además, el MoS2 se encuentra fácilmente en la naturaleza o puede ser creado por la deposición de vapor químico, así que el sistema podría llevarse a la producción en gran escala.

El reto está en cómo hacer poros de tamaños uniformes. Hasta ahora, los investigadores han trabajado con membranas de un solo poro y lograron encender un nanotransistor con la energía generada.

El experimento ha sido ideal para el entendimiento del sistema y la información acumulada será muy útil en la futura comercialización del sistema, aseguró Jiandong Feng.

Las investigaciones de la EPFL son parte de una creciente tendencia en energía osmótica.

Proyectos pilotosse ha llevado a cabo en Europa, Japón y Estados Unidos, aunque estos han involucrado membranas frágiles que generan corrientes muy bajas de electricidad.

No obstante, la ósmosis se perfila como una prometedora y robusta fuente de energía renovable.

Mientras los paneles solares requieren de adecuada luz del Sol y las turbinas eólicas buen viento, la energía osmótica puede ser producida a cualquier hora, siempre y cuando haya un estuario cerca.

 

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