Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Penn ha creado un nueva tecnología Para generar energía donde se reúnen agua de mar y agua dulce, lo que podría satisfacer más de 40 por ciento de las demandas energéticas globales.
La investigación fue liderada por Christopher Gorski, Profesor asistente en ingeniería ambiental en Penn State. TUN habló con Gorski para obtener más información sobre la investigación.
"Nuestro trabajo demostró que un dispositivo similar a una batería puede generar cantidades considerables de electricidad al mezclar agua dulce y agua de mar, posiblemente haciéndolo económicamente viable", dijo Gorski a TUN. "Se basa en la diferencia en las concentraciones de sal entre las dos fuentes de agua", dijo Gorski en un comunicado.
Métodos actuales de desarrollo de la energía
Actualmente existen tres métodos similares para desarrollar energía, pero no han sido muy efectivos.
El primer método es la ósmosis retardada por presión (PRO). Este método utiliza una membrana semipermeable para separar el agua dulce del agua de mar. La energía es creada por el gradiente de salinidad (osmótica), que se transfiere a la energía mediante el giro de las turbinas. "El principal problema con PRO es que las membranas que transportan el agua a través de la suciedad, lo que significa que las bacterias crecen en ellas o las partículas se atascan en sus superficies, y ya no las transportan", explicó Gorski en un comunicado.
El segundo método es la electrodiálisis inversa (RED). RED utiliza un gradiente electroquímico para desarrollar voltajes cuando los iones se mueven de una solución a otra. "Las membranas de intercambio iónico solo permiten que los iones cargados positivamente se muevan a través de ellas o los iones cargados negativamente", dijo Gorski en un comunicado. "Así que solo la sal disuelta está pasando, y no el agua en sí misma".
El último método es la mezcla capacitiva (CapMix). Cuando los electrodos se exponen al agua con diferentes niveles de salinidad, crea un voltaje. La energía entonces se captura de ese voltaje.
Las tecnologías CapMix y RED, por sí solas, luchan por crear grandes cantidades de energía. Así, Gorski, junto con Bruce Logan, El profesor de ingeniería Evan Pugh y el profesor de ingeniería ambiental Stan y Flora Kappe, y Taeyoung Kim, investigador postdoctoral en ingeniería ambiental, y un equipo de investigadores combinaron elementos de los dos métodos para crear una nueva tecnología de eficiencia energética.
Nuevo método de Penn State
En el nuevo método, los investigadores desarrollaron una célula con dos canales separados por una membrana de intercambio aniónico. Se colocaron electrodos de hexacianoferrato de cobre en cada canal y se utilizó lámina de grafito para recoger la corriente.
"Hay dos cosas que están sucediendo aquí que lo hacen funcionar", explicó Gorski en una declaración. “Lo primero es que tienes la sal yendo a los electrodos. La segunda es que tienes la transferencia de cloruro a través de la membrana. "Dado que ambos procesos generan un voltaje, terminas desarrollando un voltaje combinado en los electrodos y a través de la membrana".
Esta tecnología de energía renovable podría ayudar mucho en el logro de la sostenibilidad ambiental.
El producto puede disminuir la cantidad de energía perdida en la desalinización del agua. "La desalinización del agua produce agua dulce, pero también una salmuera concentrada", dijo Gorski a TUN. "Después de usar el agua dulce y pasar por una planta de tratamiento de aguas residuales, se puede mezclar con la salmuera concentrada para recuperar la mayor parte de la energía originalmente necesaria para la desalinización".
Además, el producto puede servir como fuente de energía primaria para la gran cantidad de poblaciones que rodean las regiones costeras, incluidas aquellas con poblaciones bajas. "La tecnología es mejor para áreas donde otras tecnologías de energía renovable no serán tan útiles", explicó Gorski. "La tecnología puede ser adecuada para comunidades más pequeñas, ya que se espera que la infraestructura sea pequeña en comparación con otras tecnologías de energía renovable".
Después de mucha investigación y desarrollo, la tecnología parece prometedora. TUN fue informado, sin embargo, que todavía hay necesidad de mejorar. "De manera realista, la tecnología está a más de cinco años de distancia de las plantas piloto que se asoman cerca de las playas", dijo Gorski.
"Se deberán hacer varias cosas para traducir la tecnología en las centrales eléctricas reales", explicó Gorski a TUN. “Primero, necesitamos optimizar la química. Hay numerosos materiales que podrían usarse, pero solo unos pocos que se han probado. A continuación, debemos considerar los costos de cada componente en el dispositivo en relación con su rendimiento ".
El mayor desafío, que se extiende el tiempo antes de que el producto sea comercializable, es el alto costo de las membranas de intercambio iónico. “Reducir esos costos es fundamental para que esta tecnología sea competitiva en costos con otras tecnologías de energía renovable. ”El alto costo de las membranas de intercambio iónico también es un problema para la desalinización y otras tecnologías de tratamiento de agua”, agregó Gorski.
Una escasez de fondos limita el potencial de la investigación. El dinero ayudaría a contratar a más estudiantes, estudiantes postdoctorales y científicos. "Al igual que prácticamente todos los investigadores, mi equipo está actualmente limitado por la cantidad de estudiantes que podemos apoyar, no por la cantidad de ideas", dijo Gorski a TUN. "El dinero nos permitiría avanzar en esta tecnología más rápidamente al tener más mentes trabajando en ello, así como más líneas de investigación".
El proyecto es actualmente financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y una subvención interna de semillas de los Institutos Penn State de Energía y el Medio Ambiente y el Instituto de Investigación de Materiales.
