Esta batería de sal cosecha energía osmótica donde el río se encuentra con el mar
Los estuarios -donde los ríos de agua dulce se encuentran con el mar salado- son lugares estupendos para la observación de aves y el piragüismo. En estas zonas, las aguas con diferentes concentraciones de sal se mezclan y pueden ser fuentes de energía osmótica "azul" sostenible. Los investigadores de ACS Energy Letters informan de la creación de una membrana semipermeable que capta la energía osmótica de los gradientes salinos y la convierte en electricidad. El nuevo diseño presentaba una densidad de potencia de salida más de dos veces superior a la de las membranas comerciales en demostraciones de laboratorio.
Una membrana mejorada (línea amarilla) aumentó drásticamente la cantidad de energía osmótica cosechada de los gradientes salinos, como los que se encuentran en los estuarios donde el agua salada (tanque izquierdo) se encuentra con el agua dulce (tanque derecho).
Adapted from ACS Energy Letters 2024, DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00320
La energía osmótica puede generarse en cualquier lugar donde se encuentren gradientes salinos, pero las tecnologías disponibles para captar esta energía renovable tienen margen de mejora. Un método utiliza un conjunto de membranas de electrodiálisis inversa (RED) que actúan como una especie de "batería salina", generando electricidad a partir de las diferencias de presión causadas por el gradiente salino. Para equilibrar ese gradiente, los iones de carga positiva del agua de mar, como el sodio, fluyen a través del sistema hacia el agua dulce, aumentando la presión sobre la membrana. Para aumentar aún más su capacidad de captación, la membrana también debe mantener una resistencia eléctrica interna baja, permitiendo que los electrones fluyan fácilmente en la dirección opuesta a la de los iones. Investigaciones anteriores sugieren que mejorar tanto el flujo de iones a través de la membrana RED como la eficacia del transporte de electrones probablemente aumentaría la cantidad de electricidad captada a partir de la energía osmótica. Así pues, Dongdong Ye, Xingzhen Qin y sus colegas diseñaron una membrana semipermeable a partir de materiales respetuosos con el medio ambiente que, en teoría, minimizaría la resistencia interna y maximizaría la potencia de salida.
El prototipo de membrana RED de los investigadores contenía canales separados (es decir, desacoplados) para el transporte de iones y el de electrones. Para ello, intercalaron un hidrogel de celulosa con carga negativa (para el transporte de iones) entre capas de un polímero orgánico conductor de la electricidad llamado polianilina (para el transporte de electrones). Las pruebas iniciales confirmaron su teoría de que los canales de transporte desacoplados daban lugar a una mayor conductividad iónica y una menor resistividad en comparación con las membranas homogéneas fabricadas con los mismos materiales. En un tanque de agua que simulaba un entorno de estuario, su prototipo alcanzó una densidad de potencia de salida 2,34 veces superior a la de una membrana RED comercial y mantuvo su rendimiento durante 16 días de funcionamiento ininterrumpido, lo que demuestra su rendimiento estable a largo plazo bajo el agua. En una prueba final, el equipo creó un conjunto de baterías de sal con 20 de sus membranas RED y generó electricidad suficiente para alimentar individualmente una calculadora, una luz LED y un cronómetro.
Ye, Qin y los miembros de su equipo afirman que sus hallazgos amplían la gama de materiales ecológicos que podrían utilizarse para fabricar membranas RED y mejorar el rendimiento de la captación de energía osmótica, lo que haría más factible el uso de estos sistemas en el mundo real.
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