La mayoría de las tecnologías de energía renovable dependen del clima. Los parques eólicos solo pueden operar cuando hay brisa, y las plantas de energía solar dependen de la luz solar. Los investigadores de EPFL están trabajando en un método para capturar una fuente de energía que está constantemente disponible en los estuarios de los ríos: energía osmótica, también conocido como energía azul.
La ósmosis es un proceso natural por el cual las moléculas migran de una solución concentrada a una más diluida a través de una membrana semipermeable para equilibrar las concentraciones. En los estuarios de los ríos, los iones de sal cargados eléctricamente se mueven desde el agua salada del mar hasta el agua fresca del río.La idea es aprovechar este fenómeno para generar energía.
Investigadores del Laboratorio de Biología Nanoescala de EPFL LBEN, dirigido por el profesor Aleksandra Radenovic de la Facultad de Ingeniería, han demostrado que la producción de energía mediante ósmosis podría optimizarse utilizando luz. Reproduciendo las condiciones que se producen en los estuarios,Alumbrado en un sistema que combina agua, sal y una membrana de solo tres átomos de espesor para generar más electricidad. Bajo el efecto de la luz, el sistema produce el doble de energía que en la oscuridad. Sus hallazgos han sido publicados en julio .
En un artículo de 2016, un equipo de LBEN mostró por primera vez que las membranas 2D representaban una revolución potencial en la producción de energía osmótica. Pero en ese momento, el experimento no utilizó condiciones del mundo real ver recuadro.
Iones que pasan a través de un nanoporo
La adición de luz significa que la tecnología se ha acercado un paso más a la aplicación en el mundo real. El sistema involucra dos compartimentos llenos de líquido, a concentraciones de sal notablemente diferentes, separados por una membrana de disulfuro de molibdeno MoS2. En el medio de laLa membrana es un nanoporo: un pequeño agujero entre tres y diez nanómetros una millonésima parte de un milímetro de diámetro.
Cada vez que un ion salino pasa a través del orificio desde la solución de alta concentración a la de baja concentración, se transfiere un electrón a un electrodo, que genera una corriente eléctrica.
El potencial de generación de energía del sistema depende de una serie de factores, entre ellos la membrana en sí, que debe ser delgada para generar la corriente máxima. El nanoporo también debe ser selectivo para crear una diferencia de potencial un voltaje entrelos dos líquidos, al igual que en una batería convencional. El nanoporo permite que los iones cargados positivamente pasen, mientras empuja la mayoría de los cargados negativamente.
El sistema está finamente equilibrado. El nanoporo y la membrana tienen que estar altamente cargados, y se necesitan múltiples nanoporos de tamaño idéntico, lo cual es un proceso técnicamente desafiante.
Aprovechando el poder de la luz solar
Los investigadores resolvieron estos dos problemas al mismo tiempo usando luz láser de baja intensidad. La luz libera electrones incrustados y hace que se acumulen en la superficie de la membrana, lo que aumenta la carga superficial del material. Como resultado, el nanoporoes más selectivo y aumenta el flujo de corriente.
"Tomados en conjunto, estos dos efectos significan que no tenemos que preocuparnos tanto por el tamaño de los nanoporos", explica Martina Lihter, investigadora de LBEN. "Es una buena noticia para la producción a gran escala de la tecnología, ya que los agujeros no tienen que ser perfectos y uniformes "
Según los investigadores, se podría utilizar un sistema de espejos y lentes para dirigir esta luz hacia las membranas en los estuarios de los ríos. Se utilizan sistemas similares en colectores y concentradores solares, una tecnología que ya se emplea ampliamente en la energía fotovoltaica ".el sistema podría generar energía osmótica día y noche ", explica Michael Graf, autor principal del artículo." La producción se duplicaría durante las horas del día ".
Siguiente paso
Los investigadores ahora continuarán su trabajo explorando las posibilidades de ampliar la producción de la membrana, abordando una gama de desafíos como la densidad de poro óptima. Todavía queda mucho trabajo por hacer antes de que la tecnología pueda usarse para aplicaciones del mundo realPor ejemplo, la membrana ultrafina necesita ser estabilizada mecánicamente. Esto podría hacerse mediante el uso de una oblea de silicio que contenga un conjunto denso de membranas de nitruro de silicio, que son fáciles y económicas de fabricar.
Esta investigación, dirigida por LBEN, se lleva a cabo como parte de una colaboración entre dos laboratorios de EPFL LANES y LBEN e investigadores del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de Illinois Urbana-Champaign.
fondo
En 2016, los investigadores de LBEN informaron que, por primera vez, habían producido poder osmótico a través de membranas 2D de solo tres átomos de espesor. El experimento fue una demostración importante de que los nanomateriales pueden representar una revolución en este dominio, conaplicación directa prevista para energía renovable y pequeñas fuentes portátiles de energía.
En ese momento, para lograr una alta generación de energía, los investigadores tuvieron que operar en un ambiente alcalino, con altos niveles de pH que están lejos de los valores encontrados en los estuarios. Se requirió un pH alto para aumentar la carga superficial del MoS2 y paramejorar la potencia de salida osmótica.
Esta vez, en lugar de usar tratamientos químicos, los investigadores descubrieron que la luz podría desempeñar ese papel, permitiéndoles operar en condiciones del mundo real.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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