Los defensores de la energía limpia pronto tendrán una nueva fuente para agregar a su gama existente de energía solar, eólica e hidroeléctrica: energía osmótica. O más específicamente, energía generada por un fenómeno natural que ocurre cuando el agua dulce entra en contacto con el agua de mar a través de unmembrana.
Investigadores del Laboratorio de Biología a Nanoescala de la EPFL han desarrollado un sistema de generación de energía osmótica que ofrece rendimientos nunca antes vistos. Su innovación radica en una membrana de tres átomos de espesor que se utiliza para separar los dos fluidos. Los resultados de su investigación se han publicado en Naturaleza .
El concepto es bastante simple. Una membrana semipermeable separa dos fluidos con diferentes concentraciones de sal. Los iones de sal viajan a través de la membrana hasta que las concentraciones de sal en los dos fluidos alcanzan el equilibrio. Ese fenómeno es precisamente la ósmosis.
Si el sistema se usa con agua de mar y agua dulce, los iones de sal en el agua de mar pasan a través de la membrana al agua dulce hasta que ambos fluidos tienen la misma concentración de sal. Y dado que un ion es simplemente un átomo con una carga eléctrica, el movimientode los iones de sal se pueden aprovechar para generar electricidad.
Una membrana selectiva de 3 átomos de espesor que hace el trabajo
El sistema de EPFL consta de dos compartimentos llenos de líquido separados por una membrana delgada hecha de disulfuro de molibdeno. La membrana tiene un pequeño orificio, o nanoporo, a través del cual los iones de agua de mar pasan al agua dulce hasta que las concentraciones de sal de los dos fluidos son iguales.A medida que los iones atraviesan el nanoporo, sus electrones se transfieren a un electrodo, que es el que se utiliza para generar una corriente eléctrica.
Gracias a sus propiedades, la membrana permite que los iones cargados positivamente pasen a través de ella, mientras empuja a la mayoría de los cargados negativamente. Eso crea voltaje entre los dos líquidos, ya que uno acumula una carga positiva y el otro una carga negativa. EstoEl voltaje es lo que hace que fluya la corriente generada por la transferencia de iones.
"Primero tuvimos que fabricar y luego investigar el tamaño óptimo del nanoporo. Si es demasiado grande, los iones negativos pueden pasar y el voltaje resultante sería demasiado bajo. Si es demasiado pequeño, no pueden pasar suficientes iones y ella corriente sería demasiado débil ", dijo Jiandong Feng, autor principal de la investigación.
Lo que distingue al sistema de EPFL es su membrana. En este tipo de sistemas, la corriente aumenta con una membrana más delgada. Y la membrana de EPFL tiene solo unos pocos átomos de espesor. El material del que está hecho, disulfuro de molibdeno, es ideal paragenerando una corriente osmótica. "Esta es la primera vez que se utiliza un material bidimensional para este tipo de aplicación", dijo Aleksandra Radenovic, jefa del laboratorio de Biología a Nanoescala
Alimentando 50.000 bombillas de bajo consumo con membrana de 1m2
El potencial del nuevo sistema es enorme. Según sus cálculos, una membrana de 1m² con un 30% de su superficie cubierta por nanoporos debería poder producir 1MW de electricidad, o lo suficiente para alimentar 50.000 bombillas estándar de bajo consumo.Y dado que el disulfuro de molibdeno MoS2 se encuentra fácilmente en la naturaleza o se puede cultivar mediante deposición química de vapor, el sistema podría incrementarse para la generación de energía a gran escala. El mayor desafío para ampliar este proceso es descubrir cómo hacerporos relativamente uniformes.
Hasta ahora, los investigadores han trabajado en una membrana con un solo nanoporo, para comprender con precisión lo que estaba pasando ''. Desde una perspectiva de ingeniería, el sistema de un solo nanoporo es ideal para ampliar nuestra comprensión fundamental de los procesos basados en membranas y proporcionarinformación útil para la comercialización a nivel industrial '', dijo Jiandong Feng.
Los investigadores pudieron ejecutar un nanotransistor a partir de la corriente generada por un solo nanoporo y, por lo tanto, demostraron un nanosistema autoamplificado. Los transistores MoS2 de una sola capa de baja potencia se fabricaron en colaboración con el equipo de Andreas Kis en EPFL, mientras queLas simulaciones dinámicas fueron realizadas por colaboradores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Aprovechamiento del potencial de los estuarios
La investigación de EPFL es parte de una tendencia creciente. Durante los últimos años, científicos de todo el mundo han estado desarrollando sistemas que aprovechan el poder osmótico para generar electricidad. Han surgido proyectos piloto en lugares como Noruega, los Países Bajos, Japón yEstados Unidos para generar energía en los estuarios, donde los ríos desembocan en el mar. Por ahora, las membranas utilizadas en la mayoría de los sistemas son orgánicas y frágiles, y ofrecen bajos rendimientos. Algunos sistemas utilizan el movimiento del agua, en lugar de iones, para impulsar las turbinasque a su vez producen electricidad.
Una vez que los sistemas se vuelvan más robustos, la energía osmótica podría desempeñar un papel importante en la generación de energía renovable. Mientras que los paneles solares requieren luz solar adecuada y turbinas eólicas viento adecuado, la energía osmótica se puede producir casi en cualquier momento del día o de la noche.siempre que haya un estuario cerca.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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